خطی‌سازی سیستم‌های غیرخطی، فرایند تبدیل یک سیستم غیرخطی به یک مدل خطی در نزدیکی یک نقطه تعادل یا نقطه عملکرد است. در سیستم‌های غیرخطی، روابط و ورودی-خروجی‌ها ممکن است به صورت غیرخطی باشد. فرایند خطی‌سازی معمولا با مشتق‌گیری معادلات سیستم غیرخطی در نقطه تعادل آغاز می‌شود و سپس با استفاده از تقریب‌های خطی، مدل خطی معادله سیستم حاصل می‌شود. این مدل خطی به عنوان یک نمایش ساده‌تر برای آن نقطه خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد که به تحلیل و طراحی کنترل سیستم کمک می‌کند. خطی‌سازی سیستم‌های غیرخطی دارای کاربردهای متعدد در زمینه‌های مختلف مهندسی و علوم کاربردی است. سیستم‌های غیرخطی معمولا پیچیدگی بالایی دارند و تحلیل آن‌ها به شکل خطی دشوار است. با انجام خطی‌سازی در نزدیکی نقاط تعادل، سیستم ساده‌تر شده و تحلیل آن آسان‌تر انجام می‌شود. در کنترل سیستم‌های غیرخطی، طراحی کنترلر معمولا با استفاده از مدل خطی ساده‌تری انجام می‌شود. خطی‌سازی سیستم به کنترلر این امکان را می‌دهد که با استفاده از روش‌های طراحی کنترل خطی، کنترل خوبی بر روی سیستم غیرخطی داشته باشد.
