Основними науковими напрямками діяльності Інституту є:
1. Розроблення методології системного аналізу, методів і засобів системної математики для розв’язання широкомасштабних міждисциплінарних завдань в різних галузях народного господарства країни;
2. Розвиток теорії нелінійного і багатозначного аналізу, нелінійних диференціально-операторних рівнянь, включень і варіаційних нерівностей, методів нескінченновимірного аналізу, теорії та методів оптимізації, теорії ігор, системної математики;
3. Розроблення теоретичних і прикладних основ глобального моделювання та сценарного планування процесів сталого розвитку і оцінювання сукупності головних загроз для якості і безпеки життя людей в рамках діяльності Світового центру даних «Геоінформатика і сталий розвиток» та міжнародної організації «Світова система даних» (WDS);
4. Розроблення теорії і інструментарію сервісно орієнтованих обчислень для створення і підтримки прикладного програмного забезпечення шляхом композиції і управління окремими сервісами, розроблення та впровадження сервісно орієнтованої міждисциплінарної платформи інженерного колективного проектування в грід/хмари середовищі.