Научно-исследовательские работы на ФПМИ, проводятся в соответствии с приоритетными направлениями научной, научно-технической и инновационной деятельности Республики Беларусь на 2021-2025 годы, утвержденные Указом Президента Республики Беларусь от 7 мая 2020 г. № 156.
Научные исследования и разработки выполняют 11 кафедр, 2 научно-исследовательские лаборатории в составе кафедр ИСУ и ТВиМС, работают студенческие научно-исследовательские лаборатории (СНИЛ) и студенческие научные кружки (СНК). На факультете функционируют известные в Республике Беларусь и за рубежом Научные школы, Совет молодых ученых ФПМИ и Совет по НИРСА.
Факультет принимает участие в выполнении трех Государственных программ научных исследований на 2021-2025 годы: «Энергетические и ядерные процессы и технологии», «Цифровые и космические технологии, безопасность человека, общества и государства», «Конвергенция – 2025», по двум из них осуществляет научно-организационное сопровождение в части заданий и НИР, выполняемых учреждениями Министерства образования Республики Беларусь. Совместно с Институтом тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова НАН Беларуси факультет участвует в выполнении мероприятия Государственной программы «Наукоемкие технологии и техника» на 2021 – 2025 годы (Подпрограмма 3 «Научное обеспечение эффективной и безопасной работы Белорусской атомной электростанции и перспективных направлений развития атомной энергетики»). Ученые ФПМИ выполняют НИР по госбюджетным и хозяйственным договорам с организациями и предприятиями Республики Беларусь, договорам с БРФФИ, в том числе в рамках международного научного и научно-технического сотрудничества, осуществляют выполнение международных контрактов, НИР в пределах основного рабочего времени. Выполнение НИР осуществляется научными сотрудниками, профессорско-преподавательским составом, к их выполнению привлекаются докторанты, аспиранты, магистранты и студенты. Результаты выполнения НИР на ФПМИ активно используются в учебном процессе при составлении учебных планов и программ, разработке лекционных материалов, при проведении лабораторных и практических занятий, чтении спецкурсов, при выполнении курсовых и дипломных работ, при работе над магистерскими, кандидатскими и докторскими диссертациями. Многие сотрудники ФПМИ являются членами государственных экспертных и научно-технических советов.
На факультете активно ведется подготовка научных работников высшей квалификации в аспирантуре и докторантуре, проводятся защиты кандидатских и докторских диссертаций. С этой целью осуществляется комплекс мероприятий, используются все существующие в БГУ формы и методы организации и стимулирования подготовки научных работников высшей квалификации, включая работу студентов и аспирантов по НИР кафедр, действуют СНИЛ и СНК. Разнообразные формы НИРС нацелены на ранее выявление способных студентов и обеспечивают непрерывность процесса роста и совершенствования будущего ученого по схеме: «СНК - СНИЛ - Магистратура - Аспирантура». Многие сотрудники ФПМИ являются членами Советов по защите диссертаций, членами экспертных советов ВАК, выступают в качестве экспертов и официальных оппонентов при защите диссертаций, являются председателями и членами государственных аттестационных комиссий.
Ежегодно, в соответствии с Планом проведения научных и научно-практических мероприятий БГУ, факультетом проводятся международные и республиканские конференции, конгрессы, симпозиумы и др. Сотрудники ФПМИ принимают участие в работе программных и организационных комитетов международных и республиканских научных конференций, выступают с докладами на конференциях международного и республиканского уровня.
Результаты исследований и разработок ученых ФПМИ находят отражение в издаваемых монографиях, учебных пособиях, материалах и тезисах докладов научных конференций и других научных и учебных изданиях. Сотрудники ФПМИ успешно публикуются как в рецензируемых научных журналах Республики Беларусь, входящих в перечень ВАК так и в зарубежных журналах, входящих в БД Scopus и WoS. Многие сотрудники факультета являются членами редакционных коллегий зарубежных и отечественных журналов, в том числе и журнала «Журнал Белорусского государственного университета. Математика. Информатика».
В рамках подписанных международных соглашений с зарубежными организациями, факультет осуществляет взаимовыгодное международное научное и научно-техническое сотрудничество в области математики и информационных технологий, включающее в себя обмен научными сотрудниками и преподавателями для чтения лекций и консультаций, проведение научных стажировок, выполнение совместных научно-исследовательских работ над проектами, обмен информацией, учебными материалами и результатами научных исследований, проведение научных конференций и семинаров, публикацию совместных научных статей с зарубежными авторами в международных журналах. Сотрудники факультета выполняют международные научные контракты по заказам зарубежных партнеров. Факультет осуществляет подготовку иностранных граждан в аспирантуре, в том числе и на английском языке.
ФПМИ имеет тесные творческие связи и долгосрочные программы сотрудничества с организациями и предприятиями реального сектора экономики Республики Беларусь, а также с институтами Национальной академии наук Беларуси.
Факультетом совместно с ММФ, НИИ ППМИ и ЦИТ подписано Соглашение о создании и функционировании «Учебно-научно-производственного кластера по подготовке специалистов в области математики и информационных технологий БГУ».