Matematiikan ja tilastotieteen laitoksen tutkimustoiminta on monipuolista ja monissa arvioinneissa sen tutkimustyö on saanut korkeimpia pisteitä. Laitoksella on vilkasta yhteistyötä muiden korkeakoulujen sekä monien sektoritutkimuslaitosten kanssa koti ja ulkomailla.Seuraavassa poimintoja matematiikan ja tilastotieteen laitoksella opetetuista, tutkituista ja kehitetyistä aloista.

Laitos koordinoi kahta tutkimuksen huippuyksikköä: Analyysin ja dynamiikan tutkimuksen huippuyksikköä sekä Inversio-ongelmien huippuyksikköä.