Výzkum v teorii lineárního řízení má v ÚTIA dlouhou tradici. Během šedesátých let výzkumníci ÚTIA učinili značný rozvoj jak v metodách přenosových funkcí, tak i v metodách stavového prostoru. V průběhu 70. a 80. let dosáhli členové katedry významných výsledků, které zahájily zcela novou oblast výzkumu po celém světě. Mezi ně patří parametrizace všech regulátorů stabilizujících dané zařízení (známá jako Youla-Kučera parametrizace) a návrh řídicích systémů pomocí polynomických rovnic. Počínaje 90. lety se výzkumná činnost oddělení pohybovala od robustního řízení až po nelineární systémy.
V současné době se oddělení věnuje především základnímu výzkumu v oblasti teorie řízení a systémového inženýrství jak pro lineární, tak i nelineární systémy, včetně systémů chaotických a obecné teorie systémů. Využívá nástrojů z matematického modelování, teorie diferenciálních rovnic, diferenciální geometrie, lineární algebry, optimalizace a numerické matematiky. Příslušné teoretické výsledky jsou pak úspěšně implementovány do specifičtějších oblastí, jako je modelování a řízení biologických a biotechnologických systémů, modelování a řízení mechanických systémů včetně analýzy a návrhu robotické chůze, se slibnými aplikačními vyhlídkami. Dalšími teoretickými tématy oddělení, kde je studován i aplikační potenciál, jsou multiagentní systémy, rozsáhlé systémy, nelineární systémy propojené ve složitých sítích, s možnou přítomností distribuovaných parametrů a časových zpoždění.
