Teoria obliczeń – dział informatyki i matematyki, który dzieli się na: teorię automatów i języków formalnych, teorię obliczalności oraz teorię złożoności. Teoria automatów zajmuje się definicjami i własnościami modeli obliczeń (modelami maszyn liczących). W uproszczeniu zajmuje się ona odpowiedzią na pytanie czym jest komputer, teoria obliczalności odpowiedzią na pytanie, które problemy dają się rozwiązać przy pomocy komputera, a teoria złożoności – odpowiedzą na pytanie jakim kosztem (czasowym i pamięciowym) da się to zrobić.
Modele obliczeń stosuje się w praktyce, na przykład model zwany automatem skończonym jest wykorzystywany w architekturze komputerów, budowie kompilatorów i w przetwarzaniu tekstu (przetwarzanie języka naturalnego, synteza mowy). Inny model, nazywany gramatyką bezkontekstową, jest używany przy projektowaniu języków programowania i sztucznej inteligencji.