Studium v doktorském studijním programu „Aplikace přírodních věd” akreditovaném na FJFI navazuje na úspěšně ukončené magisterské studium v příslušném oboru. Katedra matematiky zajišťuje studijní obor Matematické inženýrství se zaměřeními Matematické modelování, Softwarové inženýrství a Matematická fyzika. Obor Matematické inženýrství má interdisciplinární povahu založenou na aplikaci teoretických poznatků v dalších vědních oborech a v inženýrské praxi, v oblasti matematického modelování dějů v přírodě, technice a při ochraně životního prostředí, v oblasti moderních partií matematické fyziky, v oblasti teoretické informatiky a diskrétní matematiky a v oblasti softwarového inženýrství aplikovaného zejména v přírodních vědách.
- Matematické modelování je tematicky orientováno na tvorbu a rozbor deterministických i stochastických modelů procesů v nejrůznějších oblastech fyzikálních, technických, medicínských a ekonomických výzkumů. Zadání témat vychází často ze společenské objednávky.
- Matematická fyzika se soustřeďuje na matematické problémy kvantové teorie a zejména jsou studovány abstraktní matematické modely s využitím počítačů k numerickým a symbolickým výpočtům a simulacím fyzikálních procesů. Řada zadání dizertačních prací vychází z výzkumných projektů podporovaných grantovými agenturami.
- Softwarové inženýrství zaměřuje svá témata na matematické problémy spojené s nejrůznějšími úlohami informatiky. Velmi často jde o tvorbu rozsáhlých počítačových programů při řešení konkrétních výzkumných i komerčních projektů.
Doktorské studium kombinuje specializované přednášky, kurzy a semináře se samostatnou vědeckou prací na disertačním tématu. Studenti se zapojují do výzkumných týmů na fakultě i v partnerských institucích v ČR a zahraničí, prezentují výsledky na mezinárodních konferencích a publikují v odborných časopisech. Studium je zakončeno státní doktorskou zkouškou a obhajobou disertační práce. Standardní doba studia je čtyři roky, program je možné studovat také v kombinované formě.