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  根據Elesevier出版社《理論電腦科學雜誌》("Theoretical Computer Science")的解釋,理論電腦科學有著數學和抽象的本質,但動機來自實踐和日常中的計算問題。它旨在理解計算的本質,並根據這種理解提供更有效率的方法。  精確地限制定義理論電腦科學的範圍並非易事;根據計算機協會(ACM)演算法與計算理論興趣組(SIGACT)的表述:  計算機協會(ACM)《計算理論學報》("Transactions on Computation Theory")又為以上的列表新增了:編碼理論,計算學習理論,以及與資料庫、資訊獲取、經濟學模型和計算機網路中與理論電腦科學相關的方面。

  儘管形式化演算法已經存在了數千年,例如求最大公因數的歐幾里得演算法至今依然在為人們所使用,但直到1936年,艾倫·圖靈,阿隆佐·邱奇和斯蒂芬·科爾·克萊尼才給出了演算法在計算理論中的形式化定義。早在1703年之前就有了二進位制和數理邏輯系統,萊布尼茨建立了真假二元的形式邏輯。1931年,哥德爾證明了哥德爾不完備定理,該定理指出,任何相容的形式體系不能用於證明它本身的相容性。  這些成果引領了理論電腦科學,包括現代數理邏輯和可計算性等的研究。1948年,資訊理論由夏農將資訊的傳遞作為一種統計現象而引入。同樣在1940年代,Donald Hebb建立了一套大腦學習模式的數學模型,神經網路和平行分散式處理等學科也建立了起來。  隨著20世紀初量子力學的發展,數學運算的概念被引入了粒子波函式,可以同時計算多重狀態上的函式。這一概念引領了20世紀後半葉量子計算機概念的產生,在1990年代彼得·秀爾(Peter Shor)提出量子質因數分解演算法,可以在多項式時間內分解大數,如果得以實現,現代的公開金鑰加密系統將變得不安全。  現代理論電腦科學研究在以上的基礎上展開,同時也包含了其它數學和跨學科的問題。
理論電腦科學(英語:theoretical computer science,縮寫為英語:TCS)是電腦科學的一個分支,它主要研究有關計算的相對更抽象化,邏輯化和數學化的問題,例如計算理論,演算法分析,以及程式設計語言的語義。儘管理論電腦科學本身並非一個單獨的研究主題,從事這個領域的研究人員在電腦科學的研究者裡自成一派。