.阿蒂亚的早期工作主要集中在代数几何领域。受亚历山大·格罗滕迪克影响，他与弗里德里希·希策布鲁赫一起创立了拓扑K-理论，在代数拓扑中的一个重要的工具，非正式地讲，就是空间可以被扭曲。这是第一个重要的广义上同调理论。他最为着名的成果是1963年他与艾沙道尔·辛格合作，对椭圆算子证明了着名的阿蒂亚-辛格指标定理。此定理在微分方程、复几何、泛函分析以及理论物理学中均有深远的应用，公认为20世纪最重要的数学成果之一。这方面的后继工作还包括他与拉乌尔·博特合作的。70年代后他的兴趣转向规范场论，着力研究瞬子和磁单极