Matemaatikud kasutavad oma kõrgteadmisi arvude ja loodusteaduste vallas teoreetiliste probleemide lahendamiseks, katsete ja uuringute hindamiseks ning praktilise statistika väljatöötamiseks, mida saab kasutada inseneri- ja ärivaldkonnas. Enamik eksperte on spetsialiseerunud kas teoreetilistele uuringutele või rakenduslikele matemaatilistele uuringutele. Matemaatikute töökohti võib leida paljudes erinevates kohtades, sealhulgas uurimisasutustes, tööstusharudes ja ettevõtetes, valitsusasutustes, sõjaväeharudes ja ülikoolides.
Teoreetilised ja uurimuslikud matemaatiku töökohad hõlmavad uute võrrandite ja valemite väljatöötamist, pikaajaliste mõistatuste lahendamist ja loodusnähtusi seletavate teooriate väljapakkumist. Paljud matemaatikud töötavad eraasutuste ja ülikoolide uurimislaborites, uurivad varasemaid uuringuid ja töötavad väsimatult, et leida arvude ja teooriate vahel tähendusrikkaid seoseid. Tavaliselt kulutab ekspert kuid või isegi aastaid, et tõestada teooriat või töötada välja uus matemaatiline kontseptsioon. Teoreetilised matemaatikud kirjutavad sageli oma töö kohta üksikasjalikke teadustöid ja tutvustavad oma tulemusi teistele selle valdkonna ekspertidele. Paljud spetsialistid otsustavad saada ülikooli professoriteks, õpetades arvuteooriat ja uurimistehnikaid järgmise põlvkonna matemaatikutele.
Spetsialistid, kes on spetsialiseerunud rakendusmatemaatikauuringutele ning arendavad uusi seadmeid ja tooteid, arhitektuurseid projekte ja äriplaane. Matemaatikute töökohad tööstus- või ärikeskkonnas võivad hõlmata matemaatika ja statistika kasutamist tõhusate tootmissüsteemide, turundusvõtete või arvutiprogrammide loomiseks. Insenerifirmad palkavad tavaliselt matemaatikuid, et arvutada mõõtmised erinevate konstruktsioonide, näiteks pilvelõhkujate, tunnelite ja sildade kõige ohutumate ja praktilisemate konstruktsioonide jaoks. Isikud, kes leiavad tööd geoloogia- ja keskkonnaorganisatsioonides, analüüsivad vulkaanilise või seismilise aktiivsuse suundumusi, selgitavad taimede ja loomade käitumist, ennustavad ilmastikumustreid ja määravad teatud piirkonna saastetaset.
Erinevates valitsusasutustes ja sõjaväe ametikohtadel on suur nõudlus kogenud matemaatikute järele. Paljud eksperdid rakendavad oma teadmisi matemaatiliste põhimõtete kohta täpsemate relvade ja sõjaliste strateegiate väljatöötamisel. Kõrgelt kvalifitseeritud matemaatikutel võidakse paluda tõlkida kodeeritud sõnumeid või murda šifreid, mis on vaenlastelt kinni võetud. Föderaalsed kosmoseagentuurid, nagu Ameerika Ühendriikide riiklik lennundus- ja kosmoseamet, palkavad eksperte, kes aitavad projekteerida satelliite ja kosmoselaevu, määrata kindlaks sobivad lennutrajektoorid ja -trajektoorid ning analüüsida kosmosemissioonidega kaasnevaid riske.
Enamiku matemaatiku töökohtade saamiseks peavad inimesed tavaliselt omama doktorikraadi. Teoreetilise või rakendusmatemaatika intensiivne klassiruumiõpe on tulevases karjääris vajalike oskuste arendamiseks hädavajalik. Paljud doktorandid on spetsialiseerunud konkreetsele matemaatilisele valdkonnale, näiteks statistilisele või majandusanalüüsile, et valmistada neid ette matemaatiku tööks valitsuses või tööstuses. Need, kes plaanivad õpetada kolledžites ja ülikoolides, võivad valida ka ulatuslike haridus- ja kommunikatsioonikursuste.