Teoretická informatika je teoretickou zložkou informatiky. Matematické metódy a matematické modely hrajú dôležitú úlohu tak pri formulácii a skúmaní algoritmov, ako aj pri konštrukcii počítačov. Keďže štruktúra počítačov smeruje k stále vyššej zložitosti, zvyšuje sa aj stupeň abstrakcie zodpovedajúceho opisu. Na riešenie otázok z tejto oblasti sú potrebné dobré znalosti z „modernej“ štrukturálnej matematiky, ktorá poskytuje celý rad formálnych metód na opis systémov. Kým však matematika uvažuje prevažne o statických štruktúrach, v informatike je spôsob myslenia charakterizovaný dynamickým priebehom procesov.

Príkladmi podoblastí teoretickej informatiky sú:

V tejto kapitole si jednotlivé podoblasti stručne charakterizujeme.