线性近似在控制系统的分析和设计上极其有用。微分方程在早期的发展中使用，但当引入伺服控制理论时势头却转向了频率响应。由于频率响应不适合数值计算且不便于处理多输入多输出系统，20世纪60年代又出现了微分方程的回归。微分方程的回归变成了广为人知的“状态空间法”，因为牛顿的状态概念扮演了核心角色。它也被称作“现代控制理论”以区别伺服控制理论。线性系统研究中加入的精巧数学最终造就了更多的教材。Zadeh和Desoer (1963)，Brockett (1970)和Kailath (1980)的教材都很流行。
模型的重新设定自然提出了两个问题：能否通过选择合适的控制信号到达所有的状态；是否能够通过测量输出重建状态。卡尔曼摆出了这些问题并且定义了能达性和能观性(Gilbert, 1963; Kalman, 1961b, 1963a; Kalman, Ho, & Narendra, 1963)。卡尔曼的结果对于线性微分方程和相关传递函数的关系也提供了清晰图景，还扫清了关于传递函数中零极点对消效果的疑问。
经典背景下关于线性反馈系统结构的研究也出现了。Horowitz（1963）引入了一个控制器架构，有两个自由度，结合了反馈和前馈，从而使指令信号跟随的需求可以从鲁棒性和扰动衰减的需求中分离出来。伺服控制也在状态空间模型中进行了分析 (Davison, 1976)。
线性系统理论严重依赖于线性代数、矩阵理论和多项式矩阵。数值线性代数的结果也可以利用于计算（Laub, Patel,&VanDooren,1994）。当关于状态空间理论的章节加入到经典的伺服控制资料中时，教材的篇幅增加到了700页甚至更多（Dorf, 1980; Franklin, Powell, & Emami-Naeini,1986; Kuo, 1962; Ogata, 1970）。
在标准的状态空间理论中，状态空间是欧氏空间且时间是实变量。卡尔曼、Falb和Arbid (1969) 将其推广到环上系统。线性系统，有限状态机和自动机的统一框架得以建立。Lee 和 Varaiya (2003)所著信号与系统导论的书秉承了这一精神。Ramadge 和 Murray Wonham (1987)开创了离散事件系统理论，用以解决自动机和形式化语言模型的能控性、能观性、聚合、分解和分层控制的控制理论概念（Boel & Stremersch, 2012; Ramadge & Wonham, 1989; Seatzu,Silva, & van Schuppen, 2012）。近来，学界对连续和离散行为组合的混合系统（Brockett,1993; Goebel, Sanfelice, & Teel, 2012; Maler, 2010）产生了显著的兴趣。
奇异摄动理论（Kokotovic, Khalil, & O’Reilly, 1986）和广义线性系统（Duan, 2010）被提出，用于解决大跨度的不同时间尺度系统。微分代数系统被用于大型电路建模（Gear, 1971）。受电路理论的启发，Willems (Polderman& Willems, 1990)提出了行为系统的系统模型，它削弱了输入输出的影响，同时也被描述为微分代数系统。微分代数方程是模拟物理系统的天然框架，也是建模语言Modelica（Tiller, 2001）的数学框架。关于无穷维动力系统有大量的文献（Banks, Fabiano, & Ito, 1993; Bensoussan, Da Prato, Delfour,& Mit-ter, 1992; Curtain & Zwart, 1991; Lions, 1971），流体的流动控制是其中一个应用领域（Aamo & Krstić, 2002）。
从研究的角度已多次宣称线性系统领域已然“成熟”，但是由于新观点和新理论的引入，研究的兴趣却在反复更新。