Le laboratoire Paul Painlevé est structuré autour de cinq équipes de recherche :

Les recherches au sein de chaque équipe permettent de renforcer les nombreux points forts du laboratoire (voir les pages des équipes pour des présentations détaillées de ces recherches).

Plusieurs renouvellements thématiques sont aussi apportés par les recrutements récents. Des actions transversales sont également menées dans le laboratoire afin de stimuler la collaboration entre équipes. Par exemple, les thèmes "systèmes dynamiques" et "géométrie et théorie des représentations", mis en avant dans le projet du laboratoire pour la contractualisation 2020-2024, apportent de nouveaux liants aux recherches menées par les membres du laboratoire.