Als Forschungsgruppe von „Helmholtz Imaging” leitet Martin Burger die „Computional Imaging” Group am DESY. Seine Aufgaben bei DESY sind mit einer Professur am Fachbereich Mathematik der Universität Hamburg verbunden.

Gemeinsam mit seinem Team entwickelt er Bildrekonstruktionsverfahren und neuartige mathematische Werkzeuge mit dem Ziel, die Rekonstruktion und Analyse wissenschaftlicher Bilder zu verbessern. Darüber hinaus befasst sich seine Gruppe mit den mathematischen Grundlagen von Machine Learning und von Algorithmen für Data Science.