컴퓨터 사이언스의 주요 연구 분야는 인공지능, 컴퓨터 시스템과 네트워크, 보안, 데이터베이스 시스템, 인간 컴퓨터 상호 작용, 비전 및 그래픽, 수치 분석, 프로그래밍 언어, 소프트웨어 엔지니어링, 생물정보학 및 컴퓨팅 이론이다.
프로그래밍하는 방법을 아는 것은 컴퓨터 과학 연구에 필수적이지만, 그것은 그 분야의 한 가지 요소일 뿐이다. 컴퓨터 과학자들은 프로그램을 해결하기 위한 알고리즘을 설계하고 분석하며 컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어의 성능을 연구한다. 컴퓨터 과학자들이 직면하는 문제는 추상적인 문제에서부터, 컴퓨터로 해결할 수 있는 알고리즘의 복잡성을 결정하는 것에서부터 핸드헬드 장치에서 잘 작동하고 사용하기 쉽고 보안 조치를 유지하는 응용 프로그램을 설계하는 것까지 다양하다.