与简单的单回路控制系统相比，串级控制系统在其结构上形成了两个闭环，一个闭环在里面，被称为内回路或者副回路；另一个闭环在外，被称为外回路或者主回路。副回路在控制过程中负责粗调，主回路则完成细调，串级控制就是通过这两条回路的配合控制完成普通单回路控制系统很难达到的控制效果。
在串级控制中，无论是主回路还是副回路都有着各自的控制对象、测量变送器和控制器。在主回路中的控制对象、被测参数和控制器分别被称为主对象、主参数和主控制器。在副回路内则相应地被称为副对象、副参数和副控制器。副对象是整个控制对象的一部分，常被称为控制对象的前导区，主对象是整个控制对象的另一部分，常被称为控制对象的惰性区。主控制器具有自己独立的给定值，它的输出作为副控制器的给定值，而副控制器的输出信号则送到控制机构去控制生产过程。
