Основное направление научной деятельности - исследование методов компрессии электрической энергии и ее преобразования в мощные потоки заряженных частиц и рентгеновское излучение. Является заведующим отделом высоких плотностей энергии ИСЭ СО РАН.
Под его руководством разработан ряд уникальных тераваттных многоцелевых импульсных генераторов. На их базе выполнен ряд пионерских исследований, в результате которых впервые продемонстрирована эффективная генерация мягкого рентгеновского излучения и мультимегагауссных магнитных полей в наносекундных Z-пинчах, получены импульсные давления в десятки мегабар при электродинамическом сжатии конденсированного вещества, получены рекордные результаты по сверхжесткому рентгеновскому и гамма-излучению при торможении тераваттных электронных пучков, нашедшие практическое применение. Работы Н.А.Ратахина широко известны в России и за рубежом.

Впервые, при участии сотрудников Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе, выполнил прямые измерения характеристик (ne, Te) плазмы (методом лазерного рассеяния) в сильноточных диодах со взрывной эмиссией электронов.
Под его руководством разработан ряд оригинальных наносекундных мегаамперных установок (СНОП-3, СГМ, МИГ) тераваттного диапазона мощности, по ряду параметров не имеющих аналогов, создана уникальная установка МИГ, в которой удачно совмещены практически все известные способы формирования мощных импульсов (электровзрывные и плазменные прерыватели тока, использование линейного импульсного трансформатора, техники водяных формирующих линий и т.п.), что позволило реализовать широкий набор электрических импульсов с высоким коэффициентом. Внес значительный вклад в создание, проведение испытаний и освоение серийного производства специальной техники. В 2001 г. в составе авторского коллектива ему была присуждена Первая премия Объединенного института ядерных исследований ( г. Дубна) за работу «Исследование реакций между легкими ядрами в области ультранизких энергий с использованием лайнерной плазмы».