У 1949 р. на фізико-математичному факультеті була організована кафедра рентгено-структурного аналізу. Першим завідувачем кафедри був доцент Бушуєв Євген Семенович, вихованець Дніпропетровського університету, учень академіка АН УРСР Данилова В.І. Наукові пошуки та дослідження кафедри в період 1949-1954 рр. під його керівництвом були пов’язані з кінетикою кристалізації металічних та неметалічних розплавів і її вивченням методами рентгено-структурного аналізу. Можна стверджувати, що саме на кафедрі ФТТ були вперше отримані металічні аморфні плівки, що безпосередньо підтверджувалось рентгенографічними даними та деякими їхніми фізичними властивостями.
За ініціативою доцента Г.П.Кушти розпочаті дослідження міжатомної взаємодії в металах і сплавах методом високотемпературної рентгенографії. У 1954 р. кафедру перейменовано на кафедру рентгенометалофізики, яку очолив доцент Г.П.Кушта, автор підручників "Рентгенографія металів" (Львів, 1959), та "Вступ в кристалографію" (Львів, 1972). Кушта Григорій Павлович (1912-1975), вихованець Харківського університету, аспірант відомого фахівця, професора Л.С.Палатника, під керівництвом якого він захистив кандидатську дисертацію, присвячену вивченню мозаїчної структури монокристалів, металів і сплавів методами електронної мікроскопії. Наукова тематика кафедри була зосереджена на вивченні динаміки кристалічної гратки з врахуванням ангармонічних ефектів. Дослідження проводились рентгенівськими та акустичними методами (І.П. Михайлюк, В.П. Михальченко, А.І. Рибайло, Б.Г. Стронгін, які успішно захистили кандидатські дисертації у 1965-1968 рр.) Ідеї і методи, розроблені на кафедрі, отримали подальший розвиток в кандидатських дисертаціях В.А. Вальчиковської, Є.І. Гешка, Б.М. Шарлая, В.Б. Лотоцького, В.Н. Балазюка та інших. Одночасно на кафедрі проводились наукові дослідження з кінетики складних розплавів (доцент В.І. Псарьов) та внутрішньому тертю (доцент Б.Г. Стронгін). З наукової тематики кафедри в 1968-1972 р. захищені дві докторські дисертації (Г.П. Кушта, В.І. Псарьов).
У 1968 р. кафедру перейменовано на кафедру фізики твердого тіла. З 1972 по 1977 р. кафедру очолював доцент Михайлюк Ілля Петрович. У цей період проводились інтенсивні дослідження динамічного розсіяння Х-променів реальними кристалами. У 1967 році М.Д. Раранським вперше в СРСР були отримані маятникові смуги рентгенівських інтерференцій в монокристалах германію та кремнію. Ці дослідження мали подальший розвиток в багатохвильовому розсіянні Х-променів ідеальними та неідеальними кристалами. В 1975 році С.А. Кшевецький вперше отримав маятникові смуги при багатохвильовому розсіянні в ідеальних кристалах. Основні динамічні ефекти розсіяння Х-хвиль, отримані на кафедрі фізики твердого тіла ЧНУ, ввійшли в монографії і підручники як СРСР, так і за кордоном.
З 1978 до 1988 року кафедру очолював професор Михальченко Віктор Павлович, який у 1976 році захистив докторську дисертацію з рентгенографії ангармонійних ефектів у кристалах. В.П. Михальченкові належить ряд оригінальних наукових праць із дослідження ангармонічних ефектів в кристалах і динаміки кристалічної гратки. Ним вперше встановлена періодична залежність від атомного номера фізичних величин, які характеризують ангармонійність коливань атомів в кристалічній гратці. . Чисто прикладні дослідження в області зміцнення сталей шляхом дифузійного силіціювання були проведені В.І. Удовицьким, який у 1982 році став доктором технічних наук і видав 2 монографії по даній тематиці. У 1985 році докторську дисертацію захистив Р.Д. Венгренович, наукова тематика якої присвячена формуванню і стабільності структури термодинамічно нерівноважних сплавів і систем з метастабільними і тонкодиспергованими фазами. У 1987 р. М.Д. Раранський захистив докторську дисертацію, яка присвячена експериментальним і теоретичним дослідженням інтерференційних ефектів при дво- і багато хвильовому розсіянні Х-променів у реальних кристалах. Ним визначені основні закономірності та механізми формування дифракційних зображень маятникових та муарових смуг в ідеальних та неідеальних кристалах. В цьому ж науковому напрямку захищені кандидатські дисертації В.Б. Дроздовським, В.П. Шафранюком, І.М. Фодчуком, Я.М. Струком. З питань багатохвильової рентгенівської дифрактометрії в 1989 р. захищена докторська дисертація С.А.Кшевецьким. Робота присвячена експериментальним дослідженням ефектів багатохвильової дифракції Х-променів в ідеальних кристалах та розробці нових методів дослідження структури кристалів та приладів рентгенівської оптики. З даної тематики захистили кандидатські дисертації В.Д. Козьмик, В.І. Федорук, Г.В. Лєскова, М.В. Остапович, Ю.П. Стецько та ін.
З 1988 р. кафедру ФТТ очолює заслужений діяч науки і техніки, академік АН вищої школи, професор Раранський Микола Дмитрович, з ініціативи якого на кафедрі у 1986 році почалися експериментальні та теоретичні дослідження рентгеноакустичної взаємодії в реальних кристалах. Виявлено низку рентгеноакустичних ефектів, що виникають при фотон-фотонній взаємодії в кристалах, які містять різні типи структурних дефектів. Розроблено нові високопрецизійні методи виявлення дислокацій та мікродефектів. З цієї наукової тематики захистили кандидатські дисертації В.М. Сергєєв, С.М. Новіков, Я.М. Струк, О.Г. Гімчинський, А Н. Раранський, О.Ж. Коров’янко, М.Д. Борча, А.В. Евдокименко, Т.Г. Гуцуляк, Д.Г. Федорцов та інші. Під керівництвом М.Д. Раранського активно розвивається новий науковий напрям – динамічне розсіювання Х – променів та Х – променева інтерферометрія. За досягнуті успіхи у дослідженні рентгеноакустичних ефектів у реальних кристалах у 1994 р. професору М. Д. Раранському та доценту І. М. Фодчуку за працю “Рентгено -, оптико-, акустичні явища в реальних кристалах при комбінованому впливі різних фізичних полів” присуджено Державну премію України в галузі науки і техніки. У цьому ж році захищено докторську дисертацію І. М. Фодчуком, присвячену теоретичним та експериментальним дослідженням особливостей формування Х – променевих зображень деформаційних полів дефектів в умовах рентгеноакустичної взаємодії в кристалах і розробленні нових топографічних дифрактометричних та інтерферометричних методів визначення структурних змін у кристалах та в тонких приповерхневих шарах кристалів, що зазнали впливу різних зовнішніх чинників.
Протягом останніх років на кафедрі ФТТ активно розробляються і впроваджуються нові експериментальні і теоретичні методи діагностики стану поверхні, структурних змін в надтонких приповерхневих шарах кристалів і на границях розділу багатошарових нанорозмірних структур. При цьому широко використовуються сучасні методи комп’ютерного опрацювання експериментальних результатів і чисельного моделювання процесів динамічного розсіяння Х – променів реальними кристалами. З цієї наукової тематики захистили кандидатські дисертації С. В. Баловсяк, О. П. Кройтор, І. В. Литвинчук, О. С. Кшевецький.
Для розроблення оригінальних методів діагностики структури реальних кристалів при кафедрі створено спільну міжгалузеву лабораторію Міністерства освіти і науки України та Національної академії наук України (керівник – професор І. М. Фодчук)
На кафедрі фізики твердого тіла плідно працює аспірантура. Під науковим керівництвом проф. М.Д. Раранського захищено три докторські та 16 кандидатських дисертацій. Під науковим керівництвом І.М.Фодчука захищено 13 кандидатських дисертацій, 2 готуються до захисту в наступному році. Водночас над завершенням докторських дисертацій працюють А.В. Олійнич-Лисюк, С.М. Новіков, Я.М. Струк, М.Д. Борча.
Наукове співробітництво кафедра активно підтримує з багатьма вузами та науковими закладами України, Росії, Білорусії, Вірменії, а також науковими центрами Англії, Німеччини, Франції, Італії, Фінляндії, Польщі, Чехії, США та Канади.
За період існування кафедри підготовлено понад 900 спеціалістів, опубліковано 8 монографій, 25 навчально-методичних посібників, понад 700 статей, 850 тез доповідей на міжнародних наукових конференціях, захищено 9 докторських дисертацій і понад 100 кандидатських дисертацій. Нині на кафедрі освітню діяльність і наукову роботу ведуть 2 професори та 15 кандидатів наук.
Кафедра фізики твердого тіла готує бакалаврів (термін навчання 4 роки), спеціарістів та магістрів (термін навчання 5 років) зі спеціальності "Фізика твердого тіла" за спеціалізацією – “Комп’ютерні технології в фізиці”.