Nel Dipartimento di Matematica e Fisica di Roma Tre si svolge un'intensa attività  di ricerca nei settori che riguardano sia la Fisica delle Particelle che la Fisica delle Astroparticelle, quest'ultima nata dalla convergenza tra la Fisica delle Particelle e l'Astrofisica. L'attività di ricerca si realizza mediante la costruzione di complessi apparati sperimentali, portati a termine in collaborazioni internazionali e operanti in laboratori di ricerca situati in diverse parti del mondo.

Le diverse attività di ricerca differiscono per obiettivi e apparati realizzati, ma sono accomunate dal metodo scientifico utilizzato e da molti strumenti comuni quali quelli di calcolo. Il Dipartimento ospita la "Sezione di Roma Tre" dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). L'INFN è l'istituto che promuove, coordina ed effettua la ricerca scientifica nel campo della fisica subnucleare, nucleare e astroparticellare, che cura lo sviluppo tecnologico necessario alle attività  in tali settori nonchè le eventuali applicazioni ad altri settori.