自动控制系统分析的理论基础是自动控制理论。分析闭环控制系统运动规律的理论称为反馈控制理论，也就是自动控制理论;分析开环程序自动控制系统运动规律的理论叫继电或开关控制理论，即逻辑控制理论。
逻辑控制理论是研究实现一定逻辑动作时，各种逻辑元件的组成规律，并从工程的角度，提出构成最简化、最可靠的逻辑控制线路。已知逻辑线路求其动作规律，则称为分析;按一定的动作规律的要求构成相应的逻辑控制线路，则称为设计或综合。可编程序控制器的问世，使逻辑控制的设计大大简化。
分析闭环控制系统的理论可分为经典控制理论和现代控制理论两种。
①经典控制理论建立大线性微分方程及传递函数概念基础上，主要应用单输人单输出(SISO)线性定常系统的分析与设计问题。系统的分析方法有时间域法，频率响应法、根轨迹法等。在这些方法中，以频率响应法为主要方法。系统的综合手段是输出反馈和校正，综合的目标是使系统在满足性能指标要求的同时，具有足够的稳定裕量，以保证控制系统在被控制对象特性发生变化及受到外部干扰影响时，仍能保证具有良好的控制品质。
②现代控制理论分析的对象是多输人多输出(MIMO)、时变、非线性等复杂的自动控制系统。它是以动态规划理论、最优滤波理论和极大值原理为标志的、建立在状态空间概念上的理论。以现代控制理论为基础设计控制装置，能有效地实现复杂系统的最优控制、自适应控制等。