Відділ займається дослідженням фізичних властивостей астероїдів, комет та інших малих тіл Сонячної системи.
Астрономічна обсерваторія Харківського державного університету (нині — НДІ астрономії ХНУ) першою серед астрономічних установ України розпочала систематичні астрофізичні дослідження астероїдів.
Фотометричні спостереження астероїдів розпочато у 1977 році спільно з Інститутом астрофізики Таджицької академії наук (Н. М. Кисельов, Г. П. Чернова). У 1984 році разом із Кримською астрофізичною обсерваторією (Н. М. Шаховський, Ю. С. Єфімов) започатковано поляриметричні дослідження.
З 1983 року регулярні спостереження проводяться на Чугуївській спостережній станції. У 1993 році створено відділ «Фізика астероїдів», який з 2005 року має сучасну назву. З 2012 року його очолює І. М. Бельська.
Співробітниками відділу опубліковано понад 350 наукових статей, захищено 11 кандидатських і 4 докторські дисертації.