Министър Николай Денков е член-кореспондент на БАН и редовен член на европейската научна академия Academia Europaea, професор и доктор на науките по физикохимия. Член е на експертна група „Физически науки" към Европейската космическа агенция. Ръководи лаборатория „Активни формулировки и материали” във Факултета по химия и фармация на СУ „Св. Климент Охридски".

Според класация на университета в Станфорд чл.-кор. проф. д.х.н. Денков е сред първите 2% на най-добрите учени в света. Научните му изследвания са в областта на физикохимията на колоидно-дисперсните системи, повърхностно-активните вещества и техните многобройни приложения. Публикувал е над 175 научни статии, две от които в престижното списание Nature, една в Nature Communications и 17 обзора. Неговите разработки са цитирани над 8500 пъти в научната литература (h-index = 47). Изнесъл е над 90 лекции на международни конференции, провел е над 80 семинара в чуждестранни университети и изследователски институти. Има 12 патента, включително шест международни (WIPO, US, Europe) и четири чуждестранни.

Ръководил е повече от 50 международни проекта, финансирани от чуждестранни фирми, сред които са Unilever, BASF, Saint Gobain, PepsiCo, Wacker, Dow Corning, Rhodia, Heineken.

Работил е като гост-изследовател в японската научна фондация (JRDC), старши изследовател в института на фирмата Rhone-Poulenc (Франция), водещ учен в изследователския институт на фирмата Unilever (САЩ). Бил е гост-професор в Инженерното висше училище по индустриална физика и химия ESPCI-Paris и в университета в Лил (Франция).

Бил е ръководител на 14 защитили докторанти, а други шест са в процес на подготовка.

За своите научни постижения чл.-кор. проф. д.х.н. Николай Денков е удостоен с редица престижни отличия: наградата Solvay на Европейското колоидно общество (European Colloid and Interface Society), наградата Lectureship Award на отделението за колоиди и междуфазови граници на Японското химическо дружество, националната награда “Питагор” на МОН и др.

От 2014 до 2016 г. чл.-кор. проф. д.х.н. Николай Денков е бил заместник-министър на образованието и науката с ресори висше образование и европейски структурни фондове, а през 2017 г. - служебен министър на образованието и науката.