Научная деятельность университета носит инновационный характер и нацелена на реализацию «Концепции модернизации российского образования до 2010 г.».
Организация научных исследований в университете проходит как в рамках кафедр и лабораторий, так и в специально созданных структурах —Технопарке МАТИ и Инновационно-технологическом центре (ИТЦ) МАТИ. Университет осуществляет научное руководство рядом отраслевых лабораторий, организованных на промышленных предприятиях.
Ежегодно в университете выполняется более 120 научно-исследовательских работ (НИР). В их числе бюджетные, целевые и хоздоговорные НИР. Научные школы и коллективы университета участвуют в федеральных, региональных и отраслевых научно-исследовательских программах.
Подавляющее большинство хоздоговорных НИР выполняется по заданиям ведущих предприятий аэрокосмического комплекса, в том числе ФГУП ММПП «Салют», ФГУП ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, ОАО «Компания Сухой» и др., с которыми у университета сложились долгосрочные и плодотворные связи.
Университет традиционно организует и проводит широко известные научно-технические конференции «Новые материалы и технологии», «Международный аэрокосмический конгресс», «Водородная технология», «МАТИ-Сварка ХХI век», «Управление качеством», «Быстрозакаленные материалы», «Применение ИПИ-технологий в производстве», научно-технический семинар «Экология» и др.
В МАТИ уделяется большое внимание привлечению к научной работе студенческой молодежи. Познакомить широкую научную общественность с результатами своих исследований студенты, аспиранты и молодые ученые МАТИ имеют возможность, участвуя в международной научно – практической конференции «Гагаринские чтения». Конференция проводится, ежегодно начиная с 1974года, накануне 12 апреля – Дня космонавтики. Работа конференции проходит по более чем 30 тематическим секциям.
Творческие навыки самостоятельной научной, конструкторской и производственной работы студенты МАТИ – авиамоделисты получают в студенческом конструкторском бюро (СКБ) «Полет», которое создано более 50 лет назад. Участники СКБ неоднократные победители чемпионата России и международных соревнований по авиамодельному спорту.