图灵机是一种关于计算机如何工作的哲学构造，由20世纪著名的英国数学家和逻辑学家艾伦·图灵于1936年发明。图灵机器背后的理念是2011年存在的所有现代计算机软件和硬件系统的基础，尽管图灵创建的实际概念当时从未用于构建实际设备，而是在数字计算机以任何实际形式存在之前发明的。图灵机的工作原理包括输入和输出数据的一组控制、以某种形式处理数据的机器以及机器如何处理这些数据的一组既定规则。

艾伦·图灵的发现背后的天才在于，任何表示有意义信息的一致符号组，如数学符号或构成语言的字母，如果给定一套适当的处理规则，都可以由机器进行机械处理。这将导致机械设备的产生，这些设备可以被问到复杂问题的逻辑问题，并迅速给出公正的答案。在这方面，图灵机是计算机算法的先驱，计算机算法是计算机中央处理器（CPU）自2011年起运行所依赖的计算机指令汇编列表。

图灵机的设计由于二十一世纪的现代计算标准而简单化，它的物理功能在其实现上是不切实际的，但其建造的思想有着坚实的基础。这台机器由一条带有压印符号的胶带或缎带组成，当胶带经过时，磁头可以读取这些符号。在读取符号时，它们会调用机器中的某些状态，这些状态会引导磁带的运动，并影响机器产生的输出值。与2011年现代计算机系统类似的是，磁带代表计算机软件代码或算法，读卡器是CPU，输出是显示器和传输系统，如显示器、扬声器和打印机、网络流量等。

图灵机器背后的思想被视为执行任何一系列计算的基本功能，也可以与人脑的工作方式进行比较。图灵本人和他同时代的其他人相信，图灵机器可以进行几乎任何类型的想象计算，并作为解决所有人类问题的通用机器。然而，这一概念很快产生的问题被称为图灵陷阱，它指的是这样一个事实：尽管图灵机器可以处理任何自洽的符号集，但要让这种机器产生有意义的问题答案，完全依赖于日益复杂和多层次的处理规则集。

计算机科学很快就遇到了一些问题：基于图灵机原理的软件和硬件系统如何陷入被称为程序循环的无意义计算中。逻辑的局限性导致了对图灵机原理的适应，比如量子图灵机和概率图灵机。概率图灵机利用在机器中同时运行多个磁带的思想来并行生成不同的结果，然后根据结果最可能准确的概率对这些结果进行加权。这些机器将以类似于2011年先进控制系统中模糊逻辑软件运行的方式得出结论。

基于图灵机原理的量子计算机将有一条无限长的磁带，其中的符号单元在读取之前一直处于不确定状态。这将提供一种并行处理形式，它将大大优于2011年计算机中使用的数据处理程序。量子图灵机提供了在被访问之前将多个值存储在单个内存单元中的选项，这是基于标准逻辑的计算机无法做到的。