Кафедра теоретической механики была создана в 1933 году при образовании механико-математического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. В 2004 году она была переименована в кафедру теоретической механики и мехатроники. В настоящее время ее возглавляет академик РАН Д.В. Трещев.

На кафедре работают 7 профессоров, 10 доцентов, 1 старший преподаватель, 1 старший научный сотрудник, 1 техник 1-й категории; среди них 8 докторов и 10 кандидатов физико-математических наук. В настоящее время на кафедре обучаются 9 аспирантов и 67 студентов.

К основным направлениям научной работы кафедры относятся:

• проблемы интегрируемости и детерминированного хаоса в динамических системах;
• динамика гамильтоновых систем, близких к интегрируемым, и экспоненциально малые эффекты в системах с быстрыми и медленными переменными;
• вариационные методы исследования гамильтоновых систем;
• некоммутативные алгебраические структуры в механике и физике;
• небесная механика и динамика космического полета;
• теория устойчивости и бифуркации динамических систем;
• асимптотические методы механики;
• топологические подходы к классической механике;
• динамика неголономных систем;
• динамика систем с неудерживающими связями, теория удара и динамические бильярды;
• негладкая механика;
• динамика систем с многовариантной кинематикой;
• аналитическая механика бесконечномерных систем;
• развитие аналогий между динамическими системами классической механики и гидродинамикой;
• динамика систем многих тел;
• динамика механических систем с управлением по части степеней свободы;
• управление движением шагающих роботов в условиях экстремального рельефа;
• динамика и управление движением роботов-манипуляторов и мобильных роботов;
• мобильные роботы с элементами искусственного интеллекта;
• нейросетевые методы мехатроники;
• разработка компьютерных обучающих комплексов.