Педагогічний колектив гімназії працює над підвищенням якості фізико-математичної освіти за рахунок реалізації таких аспектів: підвищення професійної компетентності вчителів математики та фізики, запровадження профільного навчання в 10-11 класах, організація роботи з обдарованими дітьми, співробітництво з ВНЗ тощо.
Важливим є упровадження вчителями математики та фізики інноваційних технологій у навчально-виховний процес, особливо інформаційно-комунікаційних. За даними моніторингових досліджень більше 50% учителів математики та фізики гімназії активно використовують ІКТ в урочний та позаурочний час. При цьому застосовуються такі ППЗ: «DG-цифрова геометрія», «Прикладна математика «GRAN», «Бібліотека електронних наочностей», «Віртуальна фізична лабораторія» та інші.
Педагоги створюють методичні та дидактичні матеріали до уроків математики та фізики, публікують їх у видавництвах «Ранок», «Основа», «Торсинг», у збірниках матеріалів всеукраїнських і міжнародних науково-практичних педагогічних конференцій. При цьому значну активність виявляють учителі початкової школи. За останні 5 років видано більше 20 методичних посібників, авторами яких є Скляренко О.В., Гребенькова Л.О., Корнієнко М.М., Яновська Р.А., Меренцова І.О.
У межах організації профільного навчання 10-11 гімназійні класи працюють за природничо-математичним напрямом – математичним профілем. У цих класах відводяться додаткові години для вивчення курсів за вибором «Ціла і дробова частина числа», «Фінансова математика», спецкурсу «Прикладна математика», факультативних курсів «Методи розв’язування рівнянь, нерівностей, їх систем», «Методи розв’язування задач з математики».
Робота з обдарованими учнями проводиться в Школі олімпійського резерву, науковому товаристві МАН. Підсумки конкурсів, турнірів та олімпіад підтверджують позитивну динаміку в підготовці учнів. Так, у 2011, 2012 роках учні гімназії показали такі результати: Коханов С., Трубай А., Карпінський А., Євченко Б. отримали дипломи переможців ІХ обласної науково-технічної конференції учнів «Хімія і фізика в сучасних технологіях» при НТУ «ХПІ»; дипломи переможців ХІІ науково-практичної конференції довузівської молоді «Гагарінські читання» на базі НАУ ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» отримали: Басова К., учениця 9 класу, – І місце, Євченко Б., Заїка В. (учні 7-х класів) – ІІІ місце; стали переможцями районних турнірів математиків, фізиків, юних винахідників та раціоналізаторів, міського турніру юних математиків. Призерами районних олімпіад є: з математики – 7 учнів, з фізики – 3 учні; обласних олімпіад – 3 учні (Скуріхін Р., 7-А клас, – І місце, Куликов А., 7 клас, – ІІ місце з математики, Піщіков Є., 10 клас, – ІІІ місце з фізики); призерам обласного конкурсу-захисту робіт МАН з фізики – 2 учні (Пушенко В. – 10 клас, Іванюк С. –11 клас). Результати ЗНО з математики та фізики за 2009-2011 роки свідчать, що більша частина випускників демонструють достатній та високий рівень знань, при цьому низьких результатів немає.
Важливим є співробітництво гімназії з вищими навчальними закладами. Так, у 2011 році гімназія ввійшла в освітній округ Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» «Крила Харкова», у межах якого розглядаються питання профорієнтації, отримання додаткової освіти, проведення науково-дослідницької роботи, що підвищує можливості отримання учнями гімназії якісної фізико-математичної освіти.