Mat Daemen is geïnteresseerd in de moleculaire mechanismen en mogelijkheden voor moleculaire imaging van de (in)stabiliteit van atherosclerotische plaque. Daartoe gebruikt hij cel- en diermodellen, en humaan vaatmateriaal. Meer recent richt Daemen zich in zijn onderzoek op de cardiovasculaire aspecten van (het verlies van) neurocognitie. Hiermee probeert hij een verbinding te leggen tussen het cardiovasculaire onderzoek - en de daar gebruikte modellen, methoden en technieken - en het neurobiologische en neurodegeneratieve onderzoek.

Daemen is sinds 1993 gecertificeerd klinisch patholoog. In 1997 werd hij benoemd tot hoogleraar Pathologie aan de Universiteit Maastricht. Van 2001 tot 2009 was hij tevens voorzitter van de Capaciteitsgroep Pathologie van het Academisch Ziekenhuis Maastricht (MUMC). Daarnaast was Daemen achtereenvolgens vice-decaan van de medische faculteit, hoofd van de klinische laboratoria en voorzitter van de Wetenschappelijke Adviesraad van het MUMC. Van 2006 tot 2011 was hij wetenschappelijk directeur van het Cardiovasculair Research Institute Maastricht (CARIM) en vanaf 2009 tot april 2012 voorzitter van de Nederlandse Vereniging voor Pathologie. Sinds 2011 werkt Daemen bij de afdeling Pathologie van het AMC en coördineert hij het vasculaire onderzoek van het AMC. Hij is tevens (gedeeld) voorzitter van de Commissie CardioVasculair Onderzoek Nederland (CVON) en principal investigator van het CTMM project PARISK (Plaque at Risk).

Daemen bekleedt voorts verschillende bestuurs- en adviesfuncties. Zo is hij bestuurslid van het Rembrandt Institute of Cardiovascular Science, lid van de wetenschappelijke raad van de Nederlandse Hartstichting en lid van het bestuur van de Niels Stensen Stichting en lid van het dagelijks bestuur van de Research Council van het AMC. Bovendien is hij lid van de redactieraad van de wetenschappelijke tijdschriften Arterioscler Thrombosis, and Vascular Biology en Journal of Pathology. Daemen is tevens medeoprichter en eigenaar van SME ACS Biomarkers.