Die theoretische Informatik beschäftigt sich mit der Theorie formaler Sprachen bzw. Automatentheorie, Berechenbarkeits- und Komplexitätstheorie, Logik (u. a. Aussagenlogik und Prädikatenlogik), formaler Semantik und bietet Grundlagen für den Bau von Übersetzern von Programmiersprachen und die mathematische Formalisierung von Problemstellungen. Sie ist somit das formale Rückgrat der Informatik.

Dabei werden formale Systeme, Automaten, Graphen und Syntaxdiagramme dazu genutzt, die innere Logik eines formalen Problems exakt wiederzugeben. Oft ist dieser formale Schritt ein wesentlicher Teil zur Lösung der eigentlichen Problemstellung und erschließt eine durch Maschinensemantik noch bequemer gewordene Welt der Mathematik und Computerei.