在统一时间，人们开始深入审视数学的极限。在1929年到1930年，数学家证明了，具有乘法或者加法 其中之一的自然数系统之内的一切命题的真伪是可决定的，也就是可以通过某个算法自动计算出来。然而在1931年，库尔特·哥德尔发现，如果自然数同时包括 乘法和加法，那么这个结论就不再成立了；同时包括乘法和加法的系统就是人们所知的皮亚诺算术，而这事实上是一个不完备的系统（仅靠皮亚诺算术就足够支撑数 论了，包括可以表述素数）。而哥德尔的两个不完备定理表明，一个包括了皮亚诺算术的任何数学系统（涵盖了数学分析和几何的一切），真理永远凌驾于证明之 上，即总会有在系统中不可能被证明的真命题。因此，数学本身不可能被规约为数学逻辑学，而大卫·希尔伯特企图将整个数学变得完备和一致的梦想也就此破灭而 不得不改变了。
斯里尼瓦瑟·拉马努金是20世纪数学界最耀眼的身影之一，他是一位自学成才的印度数学家，猜想和证明了关于高合成数、整数分拆、渐进分析和仿θ函数的超过3000个定理，它也对伽马函数、模形式、发散级数、广义超几何函数和素数理论做了深入探索。
埃尔德什·保罗发表了有史以来最多的数学论文，并和上百名合作者一起工作。由于他的论文实在太多，以至于数学家提出了数学家版本的贝肯数：埃尔德什数，描述数学论文中一个作者与埃尔德什的“合作距离”的一种方式。
埃米·诺特则被许多人认为是数学史上最重要的女性。她的研究包括环、域和域代数。
就像大部分研究领域一样，科学时代的信息爆炸导致了数学的专门化：在20世纪结丛时，有超过上百种数学的专门领域，而数学学科分类标准则长达几十页。越来越多的数学期刊开始出版，而到该世纪结丛，因互联网的发展，又有了在线出版。
现代数学
数学从古至今便一直不断地延展，且与科学有丰富的相互作用，并使两者都得到好处。数学在历史上有着许多的发现，并且直至今日都还不断地发现中。依据Mikhail B. Sevryuk于美国数学会通报2006年1月的期刊中所说，“存在于数学评论数据库中论文和书籍的数量自1940年(数学评论的创刊年份)现已超过了一百九十万份，而且每年还增加超过七万五千份的细目。此一学海的绝大部分为新的数学定理及其证明。”
美国的克雷数学研究所在2000年时提出七个数学难题，称为千禧年大奖难题，在2003年时俄罗斯数学家格里戈里·佩雷尔曼对庞加莱猜想的证明有决定性的贡献，他也因此在同年获得菲尔兹奖，但佩雷尔曼并未现身领奖，也不接受奖金，成为首位拒绝接受菲尔兹奖的数学家。
二十一世纪时大部分的数学期刊除了印刷版外也会有网络的版本，而且有许多新的数学期刊只有网络版本，期刊开放获取的趋势更加明显，arXiv是期刊开放获取的一个重要网站。
数学的未来
数学的许多发展趋势是可以观察到的，最明显的趋势就是这门学科变得越来越庞大，计算机变得越来越重要和强大，而数学在生物信息学上的应用领域日发扩大，而通过计算机分析的工业界和科学界数据则爆炸性增长。