Có nhiều lĩnh vực nghiên cứu hoặc nằm trong lý thuyết ngôn ngữ lập trình, hoặc có ảnh hưởng sâu sắc lên nó; nhiều lĩnh vực trong số này có sự chồng chéo đáng kể. Thêm vào đó, PLT sử dụng nhiều nhánh khác của toán học, bao gồm lý thuyết tính toán, lý thuyết thể loại, và lý thuyết tập hợp.

Ngữ nghĩa học hình thức

Ngữ nghĩa học hình thức là đặc điểm hình thức của hành vi của các chương trình máy tính và các ngôn ngữ lập trình, đề cập đến việc nghiên cứu ngôn ngữ hình thức.

Lý thuyết kiểu

Lý thuyết kiểu là sự nghiên cứu các hệ thống kiểu, "là các phương pháp cú pháp dễ kiểm soát nhằm chứng minh sự vắng mặt của các hành vi chương trình nào đó bằng cách phân loại các ngữ tuân theo các loại giá trị mà chúng tính được." (theo Các kiểu và các Ngôn ngữ lập trình, tiếng Anh: Types and Programming Languages, MIT Press, 2002). Nhiều ngôn ngữ lập trình được phân biệt bằng các đặc điểm của các hệ thống kiểu.

Phân tích chương trình và chuyển đổi

Chuyển đổi chương trình là quá trình chuyển đổi một chương trình từ dạng (ngôn ngữ) này sang dạng khác; phân tích chương trình là vấn đề toàn cục của việc khảo sát một chương trình và xác định các đặc điểm mấu chốt (như sự vắng mặt các lớp lỗi chương trình).

Phân tích ngôn ngữ lập trình so sánh

Phân tích ngôn ngữ lập trình so sánh tìm cách phân loại các ngôn ngữ lập trình thành các loại khác nhau dựa trên các đặc điểm của chúng; các thể loại rộng của các ngôn ngữ lập trình thường được biết đến như là các mô hình lập trình.

Lập trình meta

Lập trình meta là sự phát sinh chương trình bậc cao hơn, mà kết quả sinh ra khi thực hiện chương trình đó là một chương trình khác (có thể trong ngôn ngữ khác, hoặc trong một tập hợp con của ngôn ngữ gốc).

Ngôn ngữ đặc trưng miền

Ngôn ngữ đặc trưng miền là ngôn ngữ được xây dựng để giải quyết các vấn đề một cách hiệu quả trong một miền vấn đề riêng.

Xây dựng trình biên dịch

Lý thuyết Trình biên dịch là lý thuyết viết các trình biên dịch (compiler) (hoặc tổng quát hơn, máy dịch (translator)) chương trình dịch chương trình được viết trong một ngôn ngữ sang dạng khác. Các hành động của một trình biên dịch theo truyền thống được chia nhỏ thành phân tích cú pháp (quét (scan) và phân tích từ loại (parse)), phân tích ngữ nghĩa (xác định chương trình nên làm gì), tối ưu hóa (cải tiến hiệu suất của chương trình theo các chỉ số, điển hình là tốc độ thực hiện) và Phát sinh mã (Phát sinh và xuất một chương trình tương đương trong ngôn ngữ đích nào đó; thường là tập hợp lệnh của một CPU).

Hệ thống thời gian chạy

Hệ thống thời gian chạy đề cập đến việc phát triển các môi trường thời gian chạy ngôn ngữ lập trình và các thành phần của chúng, bao gồm các máy ảo, thu thập dữ liệu rác, và các giao diện ngoại hàm.