自動控制系統分析的理論基礎是自動控制理論。分析閉環控制系統運動規律的理論稱為反饋控制理論，也就是自動控制理論；分析開環程序自動控制系統運動規律的理論叫繼電或開關控制理論，即邏輯控制理論。
邏輯控制理論是研究實現一定邏輯動作時，各種邏輯元件的組成規律，并從工程的角度，提出構成最簡化、最可靠的邏輯控制線路。已知邏輯線路求其動作規律，則稱為分析；按一定的動作規律的要求構成相應的邏輯控制線路，則稱為設計或綜合。可編程序控制器的問世。使邏輯控制的設計大大簡化。分析閉環控制系統的理論可分為經典控制理論和現代控制理論兩種。
①經典控制理論建立大線性微分方程及傳遞函數概念基礎上，主要應用單輸入單輸出（SISO）線性定常系統的分析與設計問題。系統的分析方法有時間域法，頻率響應法、根軌跡法等。在這些方法中，以頻率響應法為主要方法。系統的綜合手段是輸出反饋和校正，綜合的目標是使系統在滿足性能指標要求的同時，具有足夠的穩定裕量，以保證控制系統在被控制對象特性發生變化及受到外部干擾影響時，仍能保證具有良好的控制品質。
②現代控制理論分析的對象是多輸入多輸出（MIMO）、時變、非線性等復雜的自動控制系統。它是以動態規劃理論、最優濾波理論和極大值原理為標志的、建立在狀態空間概念上的理論。以現代控制理論為基礎設計控制裝置，能有效地實現復雜系統的最優控制、自適應控制等。