Димитър Младенов е доцент в катедрата по Теоретична физика във Физическия факултет на СУ „Св. Климент Охридски“. Прави докторантура по физика в Лабораторията по теоретична физика на им. на Н.Н. Боголюбов в Обединения институт за ядрени изследвания в Дубна, Русия, в която е бил и научен сътрудник. Основните му области на професионална активност са хамилтонови системи, интегрируеми многочастични системи, геодезическо движение на групови многообразия и симетрически пространства, хомогенни космологически модели, квантуване на системи с връзки, изследване на калибровъчни и общоковариантни системи с инволютивни методи и техниката на базисите на Грьобнер. Преподава във ФФ на СУ на бакалаври и магистри, ръководи магистърски програми по теоретична и математическа физика.