Un '''problema matemàtic''' és un problema de naturalesa matemàtica. Això significa que pot ser un problema del mon real on s’apliquens'apliquen les [[matemàtiques]] per a solucionar-lo, com per exemple predir les [[Òrbita|òrbites]] dels planetes del sistema solar, o un problema de natura més abstracta com ara els [[problemes de Hilbert]]. També pot ser ell mateix un problema referent als [[fonaments de les matemàtiques]], com la [[paradoxa de Russell]].
De manera informal es pot definir un problema matemàtic del "món real" cóm un problema relatiu a questions concretes, com per exemple: "En Jordi té cinc pomes i n’hin'hi dona tres a la Meritxell. Quantes n’hin'hi queden". Aquestes questions, normalment, són més difícils de resoldre que els exercicis habituals de matemàtiques com ara "5 − 3", fins i tot si es coneixen les matemàtiques necessàries per a resoldre’lsresoldre'ls. Es fan servir per ensenyar els estudiants a connectar les situacions del món real amb el llenguatge abstracte de les matemàtiques, es a dir, a pensar amb [[lògica]].
En general, emprar les matemàtiques per a resoldre problemes del món real, requereix un primer pas que és construir un [[model matemàtic]] del problema. Això implica una abstracció on es deslliura el problema dels detalls, s’has'ha d’anard'anar amb compte de no perdre aspectes essencials del problema al transformar-lo en un problema del món matemàtic. Desprès el problema s’has'ha de resoldre en el món de les matemàtiques i s’has'ha de traslladar altre cop el resultat al context del problema original,
