Die Forschungsschwerpunkte von Mittelstraß sind die Allgemeine Wissenschaftstheorie, Philosophie- und Wissenschaftsgeschichte, Erkenntnistheorie, Sprachphilosophie und die Kulturtheorie.
In Forschung und Lehre konzentriert er sich auf literatur- und medienwissenschaftliche Fragestellungen im Kontext der Kulturtheorien in der Germanistik.
Auch funktionalistisch-evolutionistische Kulturtheorien etwa sehen in den verschiedenen Kulturtechniken allein Mittel, die dem Zweck des Überlebens dienen.
Er kontrastiert die Kulturtheorien mit utilitaristischen und normorientierten Handlungserklärungen: Kulturtheorien erklären Handeln über den Verweis auf Wissensordnungen.
Sie arbeitete insbesondere die intergenerationale Dynamik der Adoleszenz heraus und entwickelte ein Konzept von Generativität im Schnittpunkt von Subjekt- und Kulturtheorie.