Алгори́тм — совокупность точно заданных правил решения некоторого класса задач или набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для решения определённой задачи. В старой трактовке вместо слова «порядок» использовалось слово «последовательность», но по мере развития параллельности в работе компьютеров слово «последовательность» стали заменять более общим словом «порядок». Независимые инструкции могут выполняться в произвольном порядке, параллельно, если это позволяют используемые исполнители.
Коне́чный автома́т (КА) в теории алгоритмов — математическая абстракция, модель дискретного устройства, имеющего один вход, один выход и в каждый момент времени находящегося в одном состоянии из множества возможных. Является частным случаем абстрактного дискретного автомата, число возможных внутренних состояний которого конечно.
Маши́на Тью́ринга (Шаблон:Сокр) — абстрактный исполнитель. Была предложена Аланом Тьюрингом в 1936 году для формализации понятия алгоритма.
Универсальной машиной Тью́ринга называют машину Тьюринга, которая может заменить собой любую машину Тьюринга. Получив на вход программу и входные данные, она вычисляет ответ, который вычислила бы по входным данным машина Тьюринга, чья программа была дана на вход.
Архитектура фон Неймана — широко известный принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера. Вычислительные машины такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», однако соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают принцип хранения данных и инструкций в одной памяти. Альтернативой архитектуре фон Неймана является гарвардская архитектура.
Проблема остановки — одна из проблем в теории алгоритмов, которая может неформально быть поставлена в виде:
- Даны описание процедуры и её начальные входные данные. Требуется определить: завершится ли когда-либо выполнение процедуры с этими данными; либо, что процедура всё время будет работать без остановки.
Недетерминированная машина Тьюринга (НМТ) — машина Тьюринга, функция перехода которой представляет собой недетерминированный конечный автомат (НКА).
В теории алгоритмов классом P называют множество задач, для которых существуют «быстрые» алгоритмы решения. Класс P включён в более широкие классы сложности алгоритмов.
В теории алгоритмов классом NP называют множество задач разрешимости, решение которых возможно проверить на машине Тьюринга за время, не превосходящее значения некоторого многочлена от размера входных данных, при наличии некоторых дополнительных сведений.
Вычисли́тельная сло́жность — понятие в информатике и теории алгоритмов, обозначающее функцию зависимости объёма работы, которая выполняется некоторым алгоритмом, от размера входных данных. Раздел, изучающий вычислительную сложность, называется теорией сложности вычислений. Объём работы обычно измеряется абстрактными понятиями времени и пространства, называемыми вычислительными ресурсами. Время определяется количеством элементарных шагов, необходимых для решения задачи, тогда как пространство определяется объёмом памяти или места на носителе данных. Таким образом, в этой области предпринимается попытка ответить на центральный вопрос разработки алгоритмов: «как изменится время исполнения и объём занятой памяти в зависимости от размера входа?». Здесь под размером входа понимается длина описания данных задачи в битах, а под размером выхода — длина описания решения задачи.
В разделе информатики — алгоритмической теории информации, константа Хайтина или вероятность остановки — вещественное число, которое, неформально говоря, является вероятностью того, что произвольно выбранная программа остановится. Существование таких чисел было продемонстрировано Грегори Хайтином.
В информатике временна́я сложность алгоритма определяется как функция от длины строки, представляющей входные данные, равная времени работы алгоритма на данном входе. Временная сложность алгоритма обычно выражается с использованием нотации «O» большое, которая учитывает только слагаемое самого высокого порядка, а также не учитывает константные множители, то есть коэффициенты. Если сложность выражена таким способом, говорят об асимптотическом описании временной сложности, то есть при стремлении размера входа к бесконечности. Например, если существует число 
, такое, что время работы алгоритма для всех входов длины 
не превосходит 
, то временную сложность данного алгоритма можно асимптотически оценить как 
.
Вычисли́мые фу́нкции — множество функций то есть отображения множества натуральных чисел во множество натуральных чисел, в математических обозначениях это 
которые могут быть реализованы некоторым, алгоритмом, описание которого конечно, например, описанием переходов некоторой машиной Тьюринга.
Тео́рия алгори́тмов — раздел математики, изучающий общие свойства и закономерности алгоритмов и разнообразные формальные модели их представления. К задачам теории алгоритмов относятся формальное доказательство алгоритмической неразрешимости задач, асимптотический анализ сложности алгоритмов, классификация алгоритмов в соответствии с классами сложности, разработка критериев сравнительной оценки качества алгоритмов и т. п. Вместе с математической логикой теория алгоритмов образует теоретическую основу вычислительных наук, теории передачи информации, информатики, телекоммуникационных систем и других областей науки и техники.
Сверхтьюринговыми вычислениями называются такие вычисления, которые не могут быть проделаны на машине Тьюринга. Они включают в себя разнообразные гипотетические методы, основанные на суперрекурсивных алгоритмах, а также некоторые другие типы вычислений — например, интерактивные вычисления. Термин гипервычисления был впервые введён Джеком Коуплендом и Дианой Праудфут. Возможность физической реализации таких вычислений активно обсуждается.
Цифровая физика — совокупность теоретических взглядов, основанных на интерпретации, что Вселенная по сути является информацией и, следовательно, является вычислимой. Из данной идеи следует, что Вселенная может пониматься как результат работы некоторой компьютерной программы или как некий вид цифрового вычислительного устройства.
Теория сложности вычислений — подраздел теоретической информатики, занимающейся исследованием сложности алгоритмов для решения задач на основе формально определённых моделей вычислительных устройств. Сложность алгоритмов измеряется необходимыми ресурсами, в основном это продолжительность вычислений или необходимый объём памяти. В отдельных случаях исследуются другие степени сложности, такие как размер микросхем, или количество процессоров, необходимая для работы параллельных алгоритмов.
Машина с произвольным доступом к памяти — модель машины с одним сумматором, команды программы не могут изменять сами себя. Служит теоретической моделью, в частности, для анализа алгоритмов.
Квантовая теория сложности — часть теории сложности вычислений в теоретической информатике. Изучает классы сложности, определённые с использованием квантовых компьютеров и квантовой информации, а также проблемы, связанные с этими классами сложности, и связи между классами квантовой сложности и классическими (неквантовыми) классами сложности.