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 член-корреспондент РАН Д.В. Трещев.

На кафедре работают 11 профессоров, в том числе 2 члена-корреспондента РАН, 9 доцентов, 1 ассистент, 2 научных сотрудника, 1 старший преподаватель, 1 старший лаборант; среди них 11 докторов и 12 кандидатов физико-математических наук. В настоящее время на кафедре обучаются 22 аспиранта и 55 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.