Axel Mayer promovierte 2013 an der Universität Jena, Deutschland. Von 2014 bis 2016 war er Postdoc am Department of Data Analysis der Universität Gent und von 2016 bis 2020 Juniorprofessor am Institut für Psychologie der RWTH Aachen. Derzeit ist er Professor für Psychologische Methodenlehre und Evaluation an der Universität Bielefeld.
In seiner Forschung interessiert er sich für die Entwicklung neuer Methoden zur Modellierung von Veränderungen in (intensiven) Längsschnittdaten und für die Untersuchung, ob, wie und bei wem eine Intervention, wie z.B. eine psychotherapeutische Behandlung oder ein Gesundheitstraining, wirkt. Seine methodischen Forschungsschwerpunkte liegen in der Entwicklung und Anwendung von Modellen zur Analyse von durchschnittlichen und bedingten (kausalen) Effekten, kausalen Mediationsmodellen, latenten State-Trait-Modellen (für Experience Sampling Daten) und Modellen für latente Veränderungen. Inhaltliche Forschungsschwerpunkte liegen unter anderem in der Lebensqualitätsforschung (bspw. zu Fatigue bei Studierenden und Krebspatient*innen) und der Forschung zu Lern- und Entwicklungsprozessen über die Lebensspanne. Ein wichtiger Aspekt seiner Forschung ist die Entwicklung von benutzerfreundlicher Statistiksoftware, um moderne statistische Methoden und Modelle einem breiteren Publikum zugänglich zu machen.