數學知識體系中的各種知識單元之間構成一種相對穩定的結合方式和聯絡形式，這種結構表明知識單元在數學體系中以何種方式結合，在數學體系中占有什麼地位，以及怎樣決定著數學整體的功能等等。其中知識單元是指知識體系中的基本構成因素，按選取知識單元的不同，可把數學結構分為巨集觀數學結構和微觀數學結構。巨集觀數學結構以數學理論或更大的層次體系作為結構知識單元；微觀數學結構則以研究數學理論的構成方式，分析其具體組成部分的地位、作用和結合方式以及數學理論形成的規律，或者說是以「命題」為知識單元的，數學公理法闡述了數學的微觀結構。
巨集觀數學結構又可進一步分為動態結構和靜態結構。靜態結構不含時間因素，數學結構不隨時間而改動；動態結構包含時間因素，數學結構隨時間而變化。數學結構從表現形式上又可分為認識型結構和邏輯型結構。一般地，動態結構表現為認識型，認識型是指結構中知識單元的聯絡順序與歷史上的認識順序一致。邏輯型則包括演繹型和歸納型兩種，主要是數學微觀結構的型別。
乙個孤立的知識單元無所謂結合方式，因此足夠多的知識單元是研究數學結構的乙個必要條件，換句話說，只有當數學理論形成時才能進行其數學結構的**。
最先提出數學的巨集觀結構的是古希臘的畢達哥拉斯，其結構方式是二分法。把數學分為數和幾何學這兩大類。其中數又二分為自身絕對的存在（算術）和數之比（**），幾何則分為運動的（天文）和靜止的（幾何）兩類。於是產生了所謂「四大科」：算術、**、幾何和天文，這種數學結構或分科方式，對西方產生了深遠影響，直到文藝復興，「四大科」仍是西方數學教育及研究的主要學科。
希臘學者普羅克洛斯的數學結構如圖：
不同於古希臘，中國古代以數學的應用領域和常用數學模型為知識單元。例如《九章算術》所提供的數學結構：
文藝復興後，數學有了新的發展，新思想、新物件、新方法等內容大大豐富了知識單元，數學結構的研究也就進入新階段。
帕喬利把數學劃分為算術、幾何和**三個分支學科。2023年，拉公尺斯給出乙個新的結構理論，將數學二分為純數學和數學，純數學再分為算術、幾何，數學則分為天文和**。這種新「四大科」的分法，最重要的乙個進步就是把數學理論及其應用分開。2023年，拉公尺斯又給出乙個新的數學結構：
按數學分支的邏輯順序來劃分，韋達提出線性結構，並按照自己當時發表著作的順序作為結構順序：分析方法，代數符號，幾何術語及其字母表示，尺規作圖問題，幾何代數，方程的判定，解方程，類的邏輯，代數方程的近似方法。雖然是乙個按時間順序的動態結構，但數學的發展順序並非就是韋達著作的發表順序。
18世紀，法國數學家達朗貝爾和哲學家狄特羅等「百科全書派」，總結當時的數學發展，提出了乙個數學結構表
該錶一方面錶出了當時數學的靜態結構，同時也是乙個揭示了數學發展過程的動態結構，尤其純數學，由算術幾何深入發展到微積分。而混合數學指的是數學的應用領域，與中國古代數學的結構思想相通，但更深入科學應用，當然數學的發展也是不可比擬的。
數學經過19世紀的高速發展，體系龐雜而無序，領域分支眾多且細化深入，因此新的數學結構也隨之產生。進入20世紀，法國的布林巴基學派給出乙個重要的數學結構理論。這群年輕的數學家試圖用數學結構概念統一整個數學，整個數學正是數學結構由簡單到複雜、由抽象向具體的發展的產物。所提出的數學結構的模式中，處於中心的是母結構一一代數結構、拓撲結構和序結構，在母結構邊上的是各種復合結構，對某一些集合來說，還可以有多重結構或混合結構。
布林巴基學派認為真正能反映數學特點及本質的東西是「數學結構」，他們把數學看成是以結構為物件的科學：結構方法否定了數學知識的先驗觀點，主張結構**於人們實踐的經驗，正確地描述了數學中結構概念的抽象過程。
由於數學是不斷發展的，數學的結構也是不斷發展著的，為更好地表現出這種發展，近來，有人提出了一種三維的樹狀結構的進化模型。通過綜合各科數學的巨集觀結構理論，既能表示出任一歷史時刻，數學的靜態結構，又能表示出數學發展的動態結構：
2023年，美國人麥克萊恩認為數學產生於人類活動，因此他用人的活動結構解釋數學的結構，其結構如表所示：
結構方法用整體的觀點看數學，著眼於數學各分支的內在聯絡，說明了是什麼使數學統一起來並使它有多樣性。結構方法用變化觀點看數學，主張結構不是一成不變的。結構方法還主張數學的真理性最終要用科學的實踐來檢驗，用科學上的成功經驗支援結構觀點。
結構方法的意義還在於使數學家實現一種重要的「思維經濟」，以往數學家為了解決乙個具體的數學問題，必須根據具體問題的特性，為之探索適合於該問題的工具。而有了公理化方法、結構概念以後，數學家一旦在所研究的元素之間認識到滿足某個已知型別公理的關係時，就可以自由地支配屬於該類結構的整個定理庫。換自之，以前是一種方法解決乙個問題，現在是一種方法解決一類問題，從某種意義上來說公理方法和結構方法，把數學工具標準化了。
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