1889-1897. Володимир Іванович Палладін, професор - засновник і перший завідуючикафедрою. Один з найбільш видатних дослідників в області фізіології та біохімії рослин. Основний науковий напрямок – дихання  рослин, роль ферментів в окислювальних процесах рослинного організму. Створив школу біохіміків рослин, до якої належали  акад. С.П.  Костичев,  професор  Н.І. Іванов   та   В.К.  Залесський.  В.І. Палладіним опубліковано 132 наукові праці, в 1914 р. його було обрано дійсним членом Імператорської Академії наук.

1897-1903    Владислав Арнольдович Ротерт, професор. Головні наукові роботи присвячені вивченню процесів росту та руху рослин (тропізмів). У 1884 році він закінчив Дерптський університет, спеціалізуючись в області ботаніки та фізіології рослин. Як викладацька, так і наукова робота В.А. Ротерта на кафедрі фізіології рослин в Харківському університеті проходила успішно. Він удосконалив обладнання лабораторії для занять фізіологією рослин, провів ряд цікавих і цінних досліджень. Опублікував серію робіт з анатомії рослин, вперше встановив наявність хромопластів у вегетативних органах. До його учнів належать В.Р. Заленський, Ф.М. Породко, Г.А. Боровиков.

1903-1936  В’ячеслав Константинович Залеський, професор, послідовник В.І. Паладіна та В.А. Ротерта, член-кореспондент АН УРСР. Діапазон наукових інтересів В.К. Залеського був широкий. Він проводив дослідження в області фізіології і біохімії рослин і успішно займався мікробіологією - досліджував перетворення білкових речовин, фосфорних сполук, вивчав активність оксидоредуктаз у рослин. Залеський перший висловив припущення про можливу присутність нуклеїнових кислот в хлоропластах.У 1933 р. присуджено почесне звання заслуженого діяча науки УРСР.

1936-1948   Єлизавета Оскарівна Шаталова-Залеська, доцент, учениця В.К. Залесського.Є.О. Шаталова-Залеська читала основний курс кафедри - фізіологію рослин. На початку своєї наукової діяльності вона разом з В.К. Залеським займалася вивченням грунтової мікробіоти. Пізніше досліджувала окислювальні процеси в рослинах: вивчала дихання, активність оксидаз (каталази, пероксидази, поліфенолоксидази), вплив на них факторів зовнішнього середовища. Цікаві результати були отримані на гібридах пасльонових, особливо при обробці рослин марганцем, міддю і сумішшю цих мікроелементів.

1949-1974   Гаврило Кузьмович Самохвалов, професор. У 1949 році після сумно відомої серпневої сесії ВАСГНІЛ 1948 року для зміцнення «мічуринської» біології на посаду завідувача кафедри був призначений професор Гавриїл Кузьмич Самохвалов (1905-1981), що працював до цього в академії наук Киргизії. Він завідував кафедрою до 1974 року. Його наукові дослідження мали еколого-фізіологічну спрямованість. Значне число його робіт присвячено з'ясуванню фізіологічних механізмів вилягання хлібних злаків, в яких було показано, що зниження рівня вуглецевого живлення рослин при недостачі світла в посівах є основним з них. За результатами досліджень Г.К. Самохвалов видав 3 монографії: «Нове про вуглецеве живлення рослин» (1956), «Світло і рослина» (1963), «Фізіологія живлення і розвитку рослин» (1972).Наукова діяльність була пов’язана з вивченням ролі мінеральних речовин та світла, як факторів росту і формоутворення рослин.

Георгій Ілліч Семененко, професор, послідовник В.К. Залесського. Наукова робота присвячена вивченню обміну нуклеїнових кислот у рослин. Його наукові інтереси, починаючи з післявоєнних років, були пов'язані з вивченням нуклеїнових кислот рослин: їх біосинтезу, обміну, специфічності, ролі біосинтезу білка в рості і розвитку рослинних організмів. Ряд отриманих ним результатів були пріоритетними. Підсумком цих досліджень стала монографія «До біохімії обміну нуклеїнових кислот у вищих рослин», що вийшла в 1964 році і була сприйнята фахівцями з великим інтересом. Це була перша велика робота, що стосується нуклеїнових кислот вищих рослин. У цьому ж 1964 році Г.І. Семененко захистив докторську дисертацію на тему «До біохімії обміну нуклеїнових кислот і їх фізіологічної ролі у вищих рослин». Понад 14 років - декан біологічного факультету.

З 1974 по 1992 роки кафедру фізіології та біохімії рослин очолював її випускник, професор Микола Дормидонтович Тимашов (1921-2012). Він в 1949 році закінчив біологічний факультет і працював старшим науковим співробітником відділу фізіології рослин НДІ біології ХДУ, а з 1963 року очолив цей відділ. У 1953 році Н.Д. Тимашов захистив кандидатську дисертацію з фізіології міжвидових щеплень рослин родини пасльонових. Подальші його дослідження були пов'язані з вивченням ролі мікроелементів у функціонуванні субклітинних структур, в біосинтезі нуклеїнових кислот, білків, фосфоліпідів і формуванні продуктивності рослин. На підставі дослідження ролі бору в генерації енергії в хлоропластах і мітохондріях ним в 1968 році була висунута гіпотеза про зв'язок бору з транспортом фосфору і енергізацією мембран, яка пізніше знайшла підтримку в роботах зарубіжних учених. За матеріалами цих досліджень в 1971 році Н.Д. Тимашов захистив докторську дисертацію «До питання фізіології та біохімії нестачі бору у рослин».
У період 1974-1983 рр. напрями наукових досліджень кафедри були пов'язані з вивченням фотосинтетичного апарату, його структури і функцій на різних рівнях організації (на рівні фотосинтетичних мембран, хлоропластів, клітин, листкової паренхіми, листа, цілої рослини) і впливу на них факторів зовнішнього середовища (умов мінерального живлення, знижених і підвищених температур). У період 1983-1993 рр. на кафедрі досліджувалися механізми дії антистресових препаратів (Картолін, Метіур, Оксикарбама та ін.) на фотосинтез (первинні і вторинні реакції), дихання і вуглеводний обмін, систему синтезу білка, фітогормональний статус у пшениці, гороху, сої, тритикале та інших культур в умовах водного і температурного стресу.

У 1992 році Н.Д. Тимашов перейшов на посаду професора кафедри. У 1993 році на посаду завідувача був обраний кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Василь Васильович Жмурко. Він закінчив агрономічний факультет Харківського сільськогосподарського інституту ім. В.В. Докучаєва. У 1983 році захистив кандидатську дисертацію за спеціальністю фізіологія рослин «Інтенсивність поділу клітин в меристемах і активність ферментів у листках у зв'язку з озимістю і фотоперіодичної реакцією рослин».
У 90-ті роки на кафедрі тривали дослідження механізмів стійкості рослин до різних стресових факторів: спеки, посухи, низької температури. Одночасно почав розвиватися новий напрямок - вивчення фітогормональної, фітохромної та метаболічної регуляції темпів розвитку рослин. У 2000-роки основним напрямком досліджень стало вивчення фізіолого-генетичних механізмів регуляції розвитку рослин, а також взаємодії рослина-мікроорганізми.
У 90-і та 2000-і роки на кафедрі ведеться активне переоснащення і вдосконалення лабораторної бази, в результаті чого істотно розширюється методичний арсенал виконуваних наукових робіт. На базі кафедри створюються експериментальний польовий ділянку, лабораторії «Ріст і розвиток рослин», біотехнологічна лабораторія «Морфогенез вищих рослин рослин in vitro», удосконалюється оснащення факторостатної камери приладами регуляції температури і світлового режиму для проведення вегетаційних експериментів, а також вдосконалюється мікробіологічна лабораторія.