Teorik bilgisayar bilim(ler)i, bilgisayar biliminin alt dallarıdırlar ve daha çok soyut, mantıksal ve matematiksel yönleri üzerine odaklanırlar.

Algoritma analizi, programlama dillerinin şeklî semantiği ve otomat teorisi, bu alt dallardan birkaçıdır. Teknik olarak bu üç alt dalın dışında muhtelif alt dallar da bulunmaktadır. Bu alt dallarının her birinin başında popülerliğine göre o alanda lider kişiler bulunur ve pek çok dernekler ve profesyonel sosyal grupların yaptığı çalışmalar sonucunda çeşitli yayımlar ortaya çıkarılır.

Her ne kadar teori alanlarının kapsamını belirlemek pek mümkün olmasa da, ACM'in Special Interest Group on Algorithms and Computation Theory (SIGACT) grubu kendi misyonunu teorik bilgisayar bilimlerinin tanıtımı olarak tanımlıyor ve şunları ilave ediyor:^[1]

${\displaystyle P\rightarrow Q\,}$
Matematiksel mantık	Otomata teorisi	Sayı teorisi	Çizge teorisi
${\displaystyle \Gamma \vdash x:Int}$
Tip teorisi	Kategori teorisi	Hesaplamalı geometri	Kuantum hesaplama teorisi

• European Association for Theoretical Computer Science
• Special Interest Group on Algorithms and Computation Theory

g t d Bilgisayar biliminin alt dalları
Matematiksel temeller	Matematiksel mantık · Kümeler kuramı · Sayı teorisi · Çizge teorisi · Tip teorisi · Kategori teorisi · Sayısal çözümleme · Bilgi teorisi · Kombinatorik · Boole cebiri
Hesaplama teorisi	Otomat teorisi · Hesaplanabilirlik teorisi · Hesaplamalı karmaşıklık teorisi · Kuantum hesaplama teorisi
Algoritmalar ve veri yapıları	Algoritma çözümlemesi · Algoritma tasarımı · Hesaplamalı geometri
Programlama dilleri ve derleyiciler	Ayrıştırıcılar · Yorumlayıcılar · Yordamsal programlama · Nesne yönelimli programlama · Fonksiyonel programlama · Mantık programlama · Programlama paradigmaları
Eşzamanlı, paralel ve dağıtık sistemler	Çoklu işleme · Dağıtımlı hesaplama · Eşzamanlılık denetimi
Yazılım mühendisliği	Gereksinim çözümleme · Yazılım tasarımı · Bilgisayar programlama · Biçimsel yöntemler · Yazılım testi · Yazılım geliştirme süreci
Sistem mimarisi	Bilgisayar mimarisi · Bilgisayar organizasyonu · İşletim sistemi
Telekomünikasyon ve ağ oluşturma	Bilgisayar müziği · Yönlendirme · Örgü topolojisi · Kriptografi
Veritabanları	Veritabanı yönetim sistemleri · İlişkisel veritabanı · SQL · İşlem yürütme · Veritabanı indeksleme · Veri madenciliği · Metadata (Üst veri) · Ana veri (Master data)
Yapay zekâ	Otomatikleştirilmiş muhakeme · Bilgisayarlı dilbilim · Bilgisayarlı görü · Evrimsel hesaplama · Uzman sistemler · Makine öğrenimi · Doğal dil işleme · Robotik
Bilgisayar grafikleri	Görselleştirme · Bilgisayar animasyonu · Görüntü işleme
İnsan-bilgisayar etkileşimi	Bilgisayar erişilebilirliği · Kullanıcı arayüzleri · Giyilebilir hesaplama · Yaygın bilişim · Sanal gerçeklik
Bilimsel hesaplama	Yapay yaşam · Biyoenformatik · Bilişsel bilim · Bilgisayarlı kimya · Hesaplamalı nörobilim · Hesaplamalı fizik · Sayısal algoritmalar · Sembolik matematik
Bilgisayar bilimi, ACM Hesaplama ve Sınıflandırma Sistemi'ne göre farklı konu ve alanlara ayrılabilir.