O Departamento de Matemática do IST oferece programas de doutoramento que cobrem um vasto leque de tópicos. Os candidatos são admitidos ou no Programa Doutoral em Matemática, ou no Programa Doutoral em Estatística e Processos Estocásticos, ou no Programa Doutoral em Segurança de Informação.

O Programa Doutoral em Matemática oferece uma formação em Matemática ao mais alto nível, quer em profundidade quer em amplitude. O programa inclui cadeiras nas áreas de álgebra e topologia, análise numérica e análise aplicada, análise real e análise funcional, equações diferencias e sistemas dinâmicos, física-matemática, geometria, lógica e computação, probabilidades e estatística. Os estudantes interessados em Matemática Aplicada têm a possibilidade de estudar aplicações em Engenharia, Física, Química, Biologia, Finanças e Informática, e têm acesso a cadeiras sobre tópicos relacionados com a sua investigação oferecidas por outros Departamentos do IST. Os alunos de doutoramento são encorajados a frequentar os diversos seminários e colóquios do Departamento de Matemática.

O Programa Doutoral em Matemática é constituído por duas componentes: uma componente curricular obrigatória e uma componente de trabalho de investigação associado à elaboração de uma tese de doutoramento sob a orientação de um professor do Departamento de Matemática do IST, cujo corpo docente inclui matemáticos reconhecidos internacionalmente. As cadeiras que contam com a presença de estudantes estrangeiros são leccionadas em língua inglesa.