计算理论的「计算」并非指纯粹的算术运算（Calculation），而是指从已知的输入透过算法来取得一个问题的答案（Computation），因此，计算理论属于计算机科学和数学。为了对计算进行严谨的研究，电脑科学家会将计算以数学的方式抽象化，称为计算模型。有几种目前在使用的计算模型，其中最出名的是图灵机。电脑科学家研究图灵机的原因是它很容易叙述，可以分析，用来证明结果，而且用此模式呈现了许多强而有力的计算模型（参照邱奇－图灵论题）。图灵机有潜在的，数量无限的记忆能力，这似乎是不可能达到的，不过所有图灵