Na teoria da computação, as máquinas abstratas são geralmente usadas em experimentos mentais relacionados à computabilidade ou para analisar a complexidade de algoritmos. Uma máquina abstrata típica consiste em uma entrada, uma saída, e um conjunto de operações que transformar uma em outra. Um exemplo clássico é a máquina de Turing, mas também podem ser citados as gramáticas livres de contexto e os autômatos finitos.

Definições mais complexas criam máquinas abstratas com um conjunto completo de instruções, registradores e modelos de memória. Também podem se referir a um microprocessador que ainda não foi implementado em hardware. Uma máquina abstrata implementada como uma simulação de software, ou interpretada de alguma forma, é chamada de máquina virtual.