计算机科学研究涵盖了一系列核心课题，旨在探索计算机的潜力和局限。首先，我们关注的是计算机程序的可计算性，即它们能执行哪些任务和无法完成的界限。通过理解计算的界限，我们可以确定哪些问题可以被解决，哪些则超出了程序的能力范围。
接下来，提升程序执行效率是另一个重要领域，这涉及算法设计和复杂性理论。算法是程序解决问题的策略，而复杂性理论则研究这些策略在解决不同类型问题时的效率。通过优化算法，我们可以让程序在处理大量数据或复杂任务时更加高效。
数据结构和数据库技术是程序存储和管理信息的关键。数据结构定义了数据在内存中的组织方式，而数据库则提供了存储和检索数据的系统。理解这些原理，可以帮助我们构建出高效、灵活的系统，处理和分析各种类型的数据。
计算机的智能行为是人工智能研究的焦点，它探讨如何设计程序模拟人类的思考过程。人工智能涉及机器学习、模式识别和自动化决策等技术，让计算机在某些情况下展现出看似智能的行为。
最后，人机互动和人机界面设计是连接人类和计算机的桥梁。通过理解人类如何感知和操作界面，科学家们不断优化交互方式，使程序更易理解和使用，从而提高用户体验。
计算机科学，研究计算机及其周围各种现象和规律的科学，亦即研究计算机系统结构、程序系统（即软件）、人工智能以及计算本身的性质和问题的学科。计算机科学是一门包含各种各样与计算和信息处理相关主题的系统学科，从抽象的算法分析、形式化语法等等，到更具体的主题如编程语言、程序设计、软件和硬件等。计算机科学分为理论计算机科学和实验计算机科学两个部分。后者常称为“计算机科学”而不冠以“实验”二字。前者有其他名称，如计算理论、计算机理论、计算机科学基础、计算机科学数学基础等。数学文献中一般指理论计算机科学。