Matemātiķi izmanto savas padziļinātās zināšanas par skaitļiem un zinātni, lai risinātu teorētiskas problēmas, novērtētu eksperimentus un aptaujas, kā arī izstrādātu praktisku statistiku, ko izmantot inženierzinātnēs un uzņēmējdarbībā. Lielākā daļa ekspertu specializējas vai nu teorētiskajos pētījumos, vai lietišķajos matemātiskajos pētījumos. Matemātiķu darbu var atrast daudzos dažādos apstākļos, tostarp pētniecības iestādēs, nozarēs un uzņēmumos, valsts aģentūrās, militārajās nozarēs un universitātēs.
Teorētiskā un pētnieciskā matemātiķa darbs ir saistīts ar jaunu vienādojumu un formulu izstrādi, ilgstošu problēmu risināšanu un teoriju ierosināšanu, kas izskaidro dabas parādības. Daudzi matemātiķi strādā pētniecības laboratorijās privātās iestādēs un universitātēs, pārbauda iepriekšējos pētījumus un nenogurstoši strādā, lai atrastu jēgpilnas attiecības starp skaitļiem un teorijām. Eksperts parasti pavada mēnešus vai pat gadus, cenšoties pierādīt teoriju vai izstrādāt jaunu matemātisko koncepciju. Teorētiskie matemātiķi bieži raksta detalizētus zinātniskus darbus par savu darbu un iepazīstina ar saviem atklājumiem citiem jomas ekspertiem. Daudzi profesionāļi izvēlas kļūt par universitātes profesoriem, mācot skaitļu teoriju un pētniecības metodes nākamajai matemātiķu paaudzei.
Profesionāļi, kas specializējas lietišķās matemātikas izpētē un izstrādā jaunas iekārtas un produktus, arhitektūras projektus un biznesa plānus. Matemātiķu darbs rūpnieciskā vai biznesa vidē var ietvert matemātikas un statistikas izmantošanu, lai izveidotu efektīvas ražošanas sistēmas, mārketinga metodes vai datorprogrammas. Inženierfirmas parasti nolīgst matemātiķus, lai aprēķinātu mērījumus visdrošākajiem un praktiskākajiem dažādu konstrukciju projektiem, piemēram, debesskrāpjiem, tuneļiem un tiltiem. Personas, kas atrod darbu ģeoloģijas un vides organizācijās, analizē vulkāniskās vai seismiskās aktivitātes tendences, izskaidro augu un dzīvnieku uzvedību, prognozē laika apstākļus un nosaka piesārņojuma līmeni noteiktā apgabalā.
Pastāv liels pieprasījums pēc kvalificētiem matemātiķiem dažādās valsts aģentūrās un militārajos amatos. Daudzi eksperti izmanto savas zināšanas par matemātikas principiem, lai izstrādātu precīzākus ieročus un militārās stratēģijas. Augsti kvalificētiem matemātiķiem var lūgt iztulkot kodētus ziņojumus vai izjaukt šifrus, kas ir pārtverti no ienaidniekiem. Federālās kosmosa aģentūras, piemēram, ASV Nacionālā aeronautikas un kosmosa administrācija, nolīgst ekspertus, lai palīdzētu izstrādāt satelītus un kosmosa kuģus, noteikt piemērotus lidojuma maršrutus un trajektorijas, kā arī analizēt ar kosmosa misijām saistītos riskus.
Lai iegūtu lielāko daļu matemātiķu darbu, indivīdiem parasti ir jābūt doktora grādam. Intensīva apmācība klasē teorētiskajā vai lietišķajā matemātikā ir būtiska, lai attīstītu prasmes, kas nepieciešamas turpmākajā karjerā. Daudzi doktoranti specializējas noteiktā matemātikas jomā, piemēram, statistiskajā vai ekonomiskajā analīzē, lai sagatavotu viņus matemātiķa darbam valsts vai rūpniecībā. Tie, kas plāno mācīt koledžās un universitātēs, var arī izvēlēties apgūt plašus izglītības un komunikācijas kursus.