คอมพิวเตอร์มีบทบาทในการปฏิวัติการทำงานทุกภาคส่วนของสังคม  การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์มีผลให้ประสิทธิภาพการทำงานเพิ่มขึ้น ลดภาระงานที่ซ้ำ ๆ รวมถึงเพิ่มความแม่นยำของผลลัพธ์ที่ได้ ขั้นตอนวิธีที่จะสั่งงานให้คอมพิวเตอร์ทำงานได้ตรงตามความต้องการต้องผ่านการวิเคราะห์และออกแบบที่สมบูรณ์ครบถ้วน

  หลังจากศึกษาการคิดเชิงคำนวณ ซึ่งเป็นพื้นฐานของการแก้ปัญหาด้วยคอมพิวเตอร์แล้ว  ในบทนี้จะเน้นการประยุกต์ใช้กระบวนการคิดดังกล่าวในการออกแบบขั้นตอนวิธีสำหรับแก้ปัญหา  โดยขั้นตอนวิธีนั้นอาจมีทั้งที่ไม่ซับซ้อน เช่น ขั้นตอนการต้มมาม่า  ขั้นตอนการบวกเลข และขั้นตอนที่ซับซ้อนขึ้น เช่น ขั้นตอนการเรียงข้อมูลหรือการค้นหาข้อมูล   ดังนั้น ขั้นแรกจะเริ่มจากการพิจารณารูปแบบของปัญหาที่เหมาะสมต่อการแก้ปัญหาด้วยคอมพิวเตอร์ จากนั้นจึงค่อยศึกษารูปแบบต่าง ๆ ของการเขียนขั้นตอนวิธี เช่น การกำหนดเงื่อนไขและการทำซ้ำ  นอกจากนี้ยังต้องศึกษาเกี่ยวกับขั้นตอนวิธีสำหรับจัดเรียงข้อมูลและค้นหาข้อมูล ตัวอย่างการออกแบบขั้นตอนวิธีเพื่อแก้ปัญหาต่าง ๆ ในชีวิตประจำวัน เช่น การพัฒนาระบบแนะนำอาหาร  ระบบรถน้ำต้นไม้อัตโนมัติ และขั้นตอนวิธีคำนวณสถิติที่เกี่ยวข้องกับการสอบ

        การแก้ปัญหาเป็นกิจกรรมพื้นฐานในการดำรงชีวิตของมนุษย์ ปัญหาบางปัญหาสามารถหาคำตอบได้ในทันที ขณะที่บางปัญหาใช้เวลานานในการค้นหาคำตอบ อย่างไรก็ตามทุกคนต่างต้องการหาวิธีการในการแก้ปัญหาที่ทำให้ได้คำตอบที่ถูกต้องในเวลารวดเร็ว

การแก้ปัญหา ประกอบด้วย 4 ขั้นตอน คือ

1. วิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของปัญหา เป็นการทำความเข้าใจเกี่ยวกับรายละเอียดเงื่อนไข      ข้อกำหนด รวมถึงข้อจำกัดต่าง ๆ ของปัญหา ข้อมูลที่จำเป็นในการแก้ปัญหา ตรวจสอบว่ามีข้อมูลเพียงพอหรือไม่ จะหาข้อมูลเพิ่มเติมให้ครบถ้วนต่อการใช้แก้ปัญหาได้อย่างไร ข้อมูลผลลัพธ์ที่ได้คืออะไร และจะตรวจสอบความถูกต้องของผลลัพธ์ที่ได้อย่างไร

2.การวางแผนการแก้ปัญหา เครื่องมือที่ใช้ในการวางแผนการแก้ปัญหา สำหรับการพัฒนาโปรแกรม อาจเลือกใช้รหัสลำลอง หรือผังงาน โดยวิธีการแก้ปัญหาที่ได้เรียกว่า ขั้นตอนวิธีหรืออัลกอริทึม (algorithm) ซึ่งเป็นลำดับขึ้นตอนในการแก้ปัญหาหรือการทำงานที่ชัดเจน

3.การดำเนินการแก้ปัญหา เป็นกระบวนการที่ได้วางแผนไว้มาปฏิบัติ หรือพัฒนาโปรแกรมเพื่อแก้ปัญหา โดยอาจใช้ภาษาโปรแกรมช่วยในการดำเนินการ

4.การตรวจสอบและประเมินผล ขั้นตอนนี้จะทำควบคู่ไปกับขั้นตอนการดำเนินการแก้ปัญหา โดยการตรวจสอบผลลัพธ์ที่ได้ไม่ถูกต้อง หรือยังมีส่วนที่ต้องแก้ไขปรับปรุงอยู่ ต้องย้อนกลับไปทำซ้ำตั้งแต่ขั้นตอนแรกจนกว่าจะได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง