В 1986 году под фамилией Кожина защитила диссертацию на соискание учёной степени кандидата филологических наук на тему «Заглавие художественного произведения: структура, функции, типология» (на материале русской прозы XIX—XX веков)[4].
В 1996 году защитила диссертацию на соискание учёной степени доктора филологических наук на тему «Стих и проза как две формы существования поэтического идиостиля»[4].
Научные интересы: лингвистическая поэтика, стилистика, лингвистика текста, межтекстовые связи, строение стихотворных и прозаических текстов, история культуры, мифопоэтика, «женское» письмо, семиотика, точные методы изучения языка, компьютерная лексикография[4].
Автор более 160 научных работ в области лингвистической поэтики, семиотики, исследований в области теории и истории поэтического языка[4].
Организатор нескольких международных научных конференций в Институте русского языка имени В. В. Виноградова РАН по проблемам лингвистической поэтики: «Текст. Интертекст. Культура» (апрель 2001 года), «Поэтический язык рубежа XX—XXI веков и современные литературные стратегии» (май 2003 года), «Художественный текст как динамическая система» (май 2005 года), «Лингвистика и поэтика в начале третьего тысячелетия» (май 2007), «Текст и подтекст. Поэтика эксплицитного и имплицитного» (2010), «Диалог культур: „итальянский текст“ в русской литературе и „русский текст“ в итальянской литературе» (2011)[4].
Руководитель постоянного научного семинара «Проблемы поэтического языка» в Институте русского языка имени В. В. Виноградова РАН. В ноябре 2008 года провела расширенный международный семинар «Язык как медиатор между знанием и искусством»[4].
Фатеева Н. А. Открытая структура: о поэтическом языке и тексте рубежа XX-XXI веков. — М.: Вест-Консалтинг, 2006. — 160 с.
Фатеева Н. А. Интертекст в мире текстов. Контрапункт интертекстуальности. — 2-е издание. — М., 2006.
Фатеева Н. А. Интертекст в мире текстов. Контрапункт интертекстуальности. — 3-е издание. — М.: КомКнига, 2007. — 282 с. — ISBN 5-484-00583-3, 978-5-484-00583-3, 978-5-484-00832-2, 5-484-00832-8.
Язык как медиатор между знанием и искусством: Проблемы междисциплинарных исследований художественного текста / Редактор Н. А. Фатеева. — М.: Азбуковник, 2009. — 368 с. — 3000 экз. — ISBN 978-5-91172-023-0.
Текст и подтекст. Поэтика эксплицитного и имплицитного: Материалы международной научной конференции 20—22 мая 2010 года / Редактор Н. А. Фатеева. — М.: Азбуковник, 2011. — 536 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-91172-057-5.
Диалог культур. «Итальянский текст» в русской литературе. «Русский текст» в итальянской литературе: Материалы международной научной конференции 9—11 июня 2011 года / Редактор Н. А. Фатеева. — М.: Инфотех, 2013. — 374 с. — 800 экз. — ISBN 978-5-904343-09-5.