井字棋的AI算法主要使用的是Minimax算法，也被稱為極小化極大算法。這種算法主要用於找出失敗的最大可能性中的最小值，即最小化對手的最大得益。Minimax算法常用於棋類等由兩方較量的遊戲和程式，其輸贏的總和為0，有點像能量守恆。很多棋類遊戲可以採取此算法，例如井字棋。
在Minimax中，兩人被稱為最大化者和最小化者。最大化者試圖獲得儘可能高的分數，而最小化者試圖做相反的事情並獲得儘可能低的分數。每個棋盤狀態都有一個與之關聯的值。在給定的狀態下，如果最大化者占上風，那麼棋盤的得分將趨向於某個正值。如果最小化者在該棋盤狀態下占上風，那麼它往往是一些負值。棋盤的價值是通過一些啟發式計算的，這些啟發式對於每種類型的遊戲都是獨一無二的。
此外，Alpha-beta剪枝是一種搜尋算法，用以減少極小化極大算法(Minimax算法)搜尋樹的節點數。這是一種對抗性搜尋算法，主要套用於機器遊玩的二人遊戲(如井字棋、象棋、圍棋)。當算法評估出某策略的後續走法比之前策略的還差時，就會停止計算該策略的後續發展。該算法和極小化極大算法所得結論相同，但剪去了不影響最終決定的分枝。