計算理論（Theory of Computation）是研究計算的過程與功效的數學理論，它隸屬於理論計算機科學和數學，並且是計算機科學的一箇分支。
計算理論的研究內容主要包括算法、算法學、計算複雜性理論、可計算性理論、自動機理論和形式語言理論等。其中，可計算性理論研究在不同的計算模型下哪些算法問題能夠被解決，它通過建立計算的數學模型來精確區分哪些是可計算的，哪些是不可計算的。計算理論的研究不僅限於理論本身，還包括其在實際應用中的影響，例如對計算機設計和程序存儲式計算模型的貢獻。此外，計算理論還廣泛應用於科學的其他領域，如機器學習等。