Matematik Bölümü, soyut ve uygulamalı matematiğe odaklanır. Bölümün araştırmaları arasında cebir, cebirsel geometri, sayılar teorisi, fonksiyonel analiz, diferansiyel geometri, diferansiyel denklemler, kombinatorik, topoloji, biyomatematik, istatistik, olasılık, stokastik analiz, matematiksel fizik ve nümerik analiz yer alır. Endüstride üst düzey teknoloji, üniversitelerde kaliteli araştırma ve fikir üretebilmek teorik donanımı kuvvetli insanlar gereksinimini getirmektedir. Ülkemiz bir çok alanda teknolojik olarak yurtdışına bağlıysa bunun önemli sebeplerinden biri teorik formasyonun eksikliğidir. Program kalifiye ve ileri düzeyde matematik bilgisine sahip insanlar yetiştirerek, bu gereksinimi kısmen karşılamayı amaçlamaktadır. Koç Üniversitesi Matematik Bölümü analiz, cebir, geometri ve uygulamalı matematik gibi matematiğin temel alt alanlarında uzmanlaşmış öğretim üyesi kadrosu ve bu program aracılığıyla ileri düzeyde matematiksel formasyonlu insanlar yetiştirmeyi hedeflemektedir.