Die Forschung an der Fakultät Mathematik ist zentraler Bestandteil verschiedener Forschungsprofillinien der TU Dresden und verbindendes Glied zahlreicher interdisziplinärer Projekte. Zwei Forschungsschwerpunkte haben sich in den letzten Jahren in der Fakultät Mathematik entwickelt:
(1) Partielle Differentialgleichungen und ihre Anwendungen und
(2) Diskrete Strukturen und Optimierung.
Weitere Schwerpunkte finden sich im Bereich der Wirtschaftsmathematik und Didaktik. Die Forschung wird durch mehrere ERC grants, DFG und BMBF Projekte und Beteiligungen an Exzellenzclustern, Sonderforschungsbereichen und Graduiertenkollegs gefördert.