關於自動控制系統的構成、分析和設計的理論。簡稱控制理論。控制理論中最為基本的概念是回饋。回饋是一種資訊傳遞和回饋的過程，回饋原理是自動控制系統構成中最為基本的原理。控制理論的任務是研究自動控制系統中變數的運動規律和改變這種運動規律的可能性與途徑，為建造高性能的自動控制系統提供理論手段。
控制理論的發展經歷瞭由簡單到複雜的過程。①經典控制理論。以頻率回應和根軌跡法為基礎的控制理論。20世紀30年代代初開始形成，50年代初已經發展成熟。研究對象是隻有一個輸入和一個輸出且參數不隨時間變化的單變量定常系統，數學基礎是拉普拉斯變換，采用輸入與輸出間的數學關系（特別是傳遞函數）作為系統的數學模型，分析和綜合主要基於計算和圖解相結合的頻率域方法。經典控制理論對於解決簡單的自動控制系統的分析和設計問題是很有成效的。②現代控制理論。建立在狀態空間法基礎之上的控制理論。20世紀60年代前後發展起來，80年代已經相當完善。研究對象包括單變量系統和多變量系統，定常系統和時變系統。基本的分析和綜合方法是時間域方法，研究領域涉及線性系統、最優控制、魯棒控制、隨機控制等，各類數學模型的建立及其理論分析需要用到現代數學的大部分分支。航空和航天技術成為現代控制理論的主要發展推動力和應用領域。③離散事件動態系統。由離散事件在異步時刻按照一定運行規則相互作用來導致狀態演化的動態系統。1980年前後提出，由通信、制造、交通管理、軍事指揮等領域的現代技術發展需要而推動。對系統行為進程起決定作用的是離散事件而不是連續變量，遵循的是復雜的人為規則而不是物理學定律或廣義物理學定律。既不能采用傳統的微分方程或差分方程來描述，也不能采用經典控制理論和現代控制理論來研究，需要綜合運用多種數學工具如自動機形式語言、排隊論、極大極小代數等。控制理論的發展同時得到瞭其他學科如數學、力學和物理學的推動，近期更受到計算機科學和技術的促進。
控制理論主要應用於生產過程、航空航天技術、通信技術、武器控制，以及交通管理、生態環境、生物和生命現象研究、經濟科學、社會系統等領域。控制理論的建立和發展，不僅促進瞭自動控制技術的發展，也對其他相關的科學和技術的發展，乃至對人類的日常生活都產生著深刻的影響。自動控制理論被認為是20世紀在技術科學上所取得的重大成就之一。