Кафедра математики имеет широкие связи со многими научными центрами России и зарубежья. Студенты и аспиранты кафедры имеют возможность работать в совместных проектах со специалистами из ведущих научных институтов, таких как НИИЯФ МГУ, Институт космических исследований РАН, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, Институт теоретической и прикладной электродинамики, Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша и ряда других. Среди зарубежных научных центров, с которыми работали сотрудники кафедры, можно назвать Гумбольдский университет (Германия); Институт прикладной математики им. Вейерштрасса (Германия); Chinese Academy of Sciences, Center for Space Science and Applied Research; Austrian Academy of Sciences, Space Research Institute; Max Planck Institute for Solar System Research и другие.
Работа ведущих ученых кафедры регулярно поддерживается грантами РНФ на научные исследования. В работах по грантам участвуют аспиранты и студенты кафедры.
Важной составляющей деятельности кафедры является организационно-научная работа. На кафедре действует несколько научных семинаров, на которых выступают сотрудники кафедры и приглашённые докладчики из других организаций. Кафедра математики выступила организатором нескольких научных конференций, включая "Актуальные проблемы математической физики" (2014 г.; посвящённая памяти В.Ф. Бутузова, 2022 г.), Международный семинар по обратным и некорректно поставленным задачам (2015), Международный семинар по численным методам для задач с внутренними слоями (2016), конференция "Актуальные проблемы электродинамики" посвящена памяти заслуженного профессора МГУ имени М.В. Ломоносова Алексея Георгиевича Свешникова (1924-2022) и др.
Широта научных интересов кафедры и продуманная программа обучения позволяет ее выпускникам получить глубокие знания как в области фундаментальной, так и в области прикладной математики. Это, в свою очередь, дает им возможность решать задачи практически во всех областях естественных наук (и не только науки), быть востребованными в нашей стране и за рубежом. Основные направления исследований научных групп кафедры математики: