Fundamentalne znaczenie mają tu: algebra liniowa (równania liniowe, macierze) analiza matematyczna (równania różniczkowe, analiza zespolona, transformacja Laplace’a, transformacja Fouriera) matematyka dyskretna (równania różnicowe) metody probabilistyczne (np. teoria estymacji, procesy stochastyczne).
Powiązania z innymi dyscyplinami Tam gdzie uwaga kieruje się na dynamikę systemów teoria sterowania ma wiele obszarów wspólnych z teorią układów dynamicznych. Przy uwupuklaniu zagadnień związanych z sygnałami w układach teoria sterowania przechodzi w teorię sygnałów. W przypadku złożonych lub rozległych systemów teoria sterowania nabiera charakteru teorii systemów. Niektóre zagadnienia teoria sterowania współdzieli z badaniami operacyjnymi (np. zagadnienia optymalizacji) i teorią decyzji.
Współczesna teoria sterowania zaadaptowała też szereg metod sztucznej inteligencji (sieci neuronowe, logika rozmyta, algorytmy genetyczne, systemy ekspertowe).
Wykorzystywane są też metody numeryczne, środowiska obliczeniowe takie jak Matlab (w tym jego pakiet narzędziowy Simulink) lub Mathcad oraz środowiska programistyczne takie jak LabVIEW.
Zagadnienia teoretyczne stosowane współcześnie w przemyśle Koncepcje teorii sterowania, które znajdują współcześnie zastosowanie w przemyśle można ująć w trzy grupy: