Teoria sterowania – dziedzina zajmująca się teorią analizy i modelowania matematycznego obiektów i procesów różnej natury, zarówno fizycznych (np. chemicznych, cieplnych, mechanicznych, hydraulicznych, pneumatycznych, elektrycznych), jak i społecznych (np. ekonomia matematyczna), traktowanych jako układy dynamiczne ze sterowaniem. Teoria sterowania jest dziedziną automatyki i matematyki stosowanej, historycznie związana także z cybernetyką, wykorzystywana też w informatyce, naukach społecznych i przyrodniczych.
Stworzony model pozwala na syntezę układu regulacji poprzez wprowadzenie regulatora sterującego danym obiektem lub procesem tak, by ten zachowywał się w pożądany sposób.