系统科学下分3个学科方向：系统理论、系统分析与集成和复杂系统建模与调控，涵盖了系统科学基础理论和应用两个基本层次。系统理论着重于从理论层面研究复杂系统的基本性质和演化机理，系统分析与集成可以看做是系统科学的应用层面，通过研究提供改造系统的手段和方法，而复杂系统建模与调控则强调发展针对复杂系统的调控方法，是沟通理论与应用的桥梁。

1.系统理论  着重于研究系统的基本性质与演化机理，例如系统的分类，它的整体性、复杂性以及演化规律，是系统科学的基础理论部分。系统理论在于揭示各种系统的共性和演化过程中所遵循的共同规律，进而为系统科学的应用提供理论依据。系统理论的发展一方面依赖于对各领域具体系统的深入探讨，同时它所提供的对于复杂系统一般规律的认识又深刻地影响着许多实际系统的研究。以上研究内容及其特点使得系统理论成为一个具有很强交叉性的基础学科。由于这种交叉性，使系统理论的发展不仅在社会、经济、军事、生物、生态等领域有广 阔的应用前景，而且在工程技术领域，如信息、材料、生物技术、系统工程等方面，也有着重要的作用。

2.系统分析与集成  研究系统科学理论和方法在各种实际系统中的应用。由于现实世界存在的系统的多样性与复杂性程度各异，系统科学需要对系统进行分门别类地研究，如线性系统、非线性系统、平稳系统、非平稳系统、随机系统、分布参数系统、离散事件系统、混合系统等。以人类思维规律为借鉴而发展起来的智能系统、专家系统等也是系统分析与集成的重要研究课题。

对各类系统的研究都涉及系统的分析与系统的集成两个方面。系统分析与集成的具体研究内容涉及建立系统的数学模型，对系统运动机理、动力学特性等作定性、定量的研究。以改造系统为目的的系统科学需要研究如何有效地获取系统的信息，并实现不同层次的信息集成，以达到系统的局部或整体的最优。系统分析与集成的研究目的是加深人类对系统运动、演化一般规律的认识，并且为系统实现最优控制和高效管理等提供理论依据与各种行之有效的集成方法。

3.复杂系统建模与调控  是系统科学、复杂性科学及控制理论等的交叉学科。它强调用整体论和还原论相结合的方法去分析、模拟系统，重视数学物理理论与计算机科学的结合。本方向的主要研究目的是认识、干预和控制系统的宏观涌现性行为。复杂系统建模与调控既是系统科学理论与应用发展的重要方向，也是控制理论与系统科学的有机结合。目前复杂系统建模与调控研究的一些典型问题包括；社会系统和网络系统的调控、量子控制理论、生命系统包括心脏等组织的动力学模型和反馈调控、基因调控的理论与技术等。