PID制御の制御動作は，比例動作，積分動作，微分動作の三つからなる．比例，積分，微分に対応する英語の頭文字をとり，P，I，Dと略記する．PID制御は，アナログ制御とディジタル制御の両方で実現することができる．アナログ制御方式では，PID制御装置の伝達関数${G_c}\left( s \right)$を $${G_c}\left( s \right) = {K_P}\left( {1 + \frac{1}{{{T_I}s}} + {T_D}s} \right)$$ で表すとき，操作量（制御装置の出力）は $$u\left( t \right) = {K_P}\left( {e\left( t \right) + \frac{1}{{{T_I}}}\int_{ - \infty }^t {e\left( t \right)dt + {T_D}\frac{{de\left( t \right)}}{{dt}}} } \right)$$ となる．上式の第1項が比例動作，第2項が積分動作，第3項が微分動作である．制御動作が比例動作のみのとき比例制御，比例動作と微分動作のときPD制御，比例動作と積分動作のときPI制御という．上式において，${K_P}$は比例ゲイン，${{T_I}}$は積分時間，${{T_D}}$は微分時間と呼ばれる．実際の調節計では，比例ゲインの代わりに比例帯が用いられることが多い．比例帯は$1/{K_P}$に比例した値であり，単位は%で表す．すなわち，比例帯とは，比例動作において，調節計の出力が有効変化幅の0から100%まで変化するのに要する入力の変化幅の割合（%）である．ディジタル制御方式では，PID制御は計算機プログラムによって実現することができる．このため，PID制御の計算式のことをPIDアルゴリズムということが多い．