線性系統的狀態變量(或輸出變量)與輸入變量間的因果關系可用一組線性微分方程或差分方程來描述，這種方程稱為系統的數學模型，狀態變量和輸出變量對于所有可能的輸入變量和初始狀態都滿足疊加原理的系統。

　　作為疊加性質的直接結果，線性系統的一個重要性質是系統的響應可以分解為兩個部分：輸入響應和狀態響應，前者指由非零初始狀態所引起的響應;后者則指由輸入引起的響應。兩者可分別計算。這一性質為線性系統的分析和研究帶來很大方便。

　　嚴格地說，實際的物理系統都不可能是線性系統。但是，通過近似處理和合理簡化，大量的物理系統都可在足夠準確的意義下和一定的范圍內視為線性系統進行分析。例如一個電子放大器，在小信號下就可以看作是一個線性放大器，只是在大范圍時才需要考慮其飽和特性即非線性特性。線性系統的理論比較完整，也便于應用，所以有時對非線性系統也近似地用線性系統來處理。