Тема диссертации: «Тыпалогія канструкцый з эліпсам дзеяслова ў сінтаксічнай сістэме сучаснай беларускай літаратурнай мовы (на матэрыяле мастацкіх і публіцыстычных твораў)» (консультант профессор Н.Ю. Павловская).
Сфера научных интересов Натальи Владимировны – функциональный синтаксис и грамматика белорусского языка, семантика, язык художественной литературы. Разработала новое направление в современных синтаксических типологиях – компенсаторное, теоретические основы которого являются базовыми для анализа и систематизации современных структурно-синтаксических модификаций белорусского языка.
Многочисленные публикации (около 100) посвящены анализу и систематизации разнообразных языковых явлений – синтаксической неполноты, редукции, компрессии, парцелляции, импликации и др. Среди изданий – монография, учебно-методические пособия, разделы в грамматике белорусского языка. Н.В. Чайка руководит написанием магистерских и кандидатских диссертаций, в которых применяются новые методологические принципы исследования языковых явлений.