Камерные инструментальные ансамбли М. близки по складу к его симфониям, но, как правило, более интимны, утончённо выразительны и духовно сосредоточены. В них ещё интенсивнее, чем в симфониях, использованы элементы полифонии; типичны хроматически обострённые мелодические линии (струнный квинтет g-moll), смелые диссонирующие созвучия (струнный квартет C-dur). В ранних ансамблях клавир доминирует над скрипкой (в сонатах), над скрипкой и виолончелью (в трио). Струнные и клавир равноправны в более поздних сочинениях. Из 35 сонат для фортепиано и скрипки (сюда не входят 6 т. н. романтических сонат, принадлежность которых М. опровергнута) 16 были созданы в период ранних концертных поездок (Париж, Лондон и Гаага). Самые совершенные сонаты относятся к венскому периоду (B-dur, 1784; A-dur, 1788). В струнных квартетах старый тип, близкий к трио-сонатам (Италия, 1770—73), сменился гайдновским, представленным законченно в 6 квартетах, посвященных “отцу, наставнику и другу” И. Гайдну (по признанию М., “плод долгого и упорного труда”), и 3 “Прусских” квартетах (1789—90). Если в камерной музыке Гайдна центральное место занимают струнные квартеты, то у М. наряду с квартетами (количественно они преобладают) на передний план по художественному значению выдвинулись струнные квинтеты (самые законченные образцы — C-dur и g-moll, 1787). Среди духовых и смешанных ансамблей выделяются квинтет для фортепиано и духовых (1784) и квинтет для кларнета и струнных (1789).