ภาษาศาสตร์คอมพิวเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นหลายแขนงหลัก ตามสื่อกลางของภาษาที่ประมวลผล ไม่ว่าจะเป็นทางการพูดหรือการเขียน และตามวิธีการใช้ภาษา ทั้งการวิเคราะห์และสังเคราะห์

• การรู้จำเสียง (en:speech recognition) และการสังเคราะห์เสียง (en:speech synthesis) เป็นการศึกษาวิธีการเข้าใจหรือสร้างภาษาพูด
• การแจกแจงโครงสร้าง (en:parsing) และการสังเคราะห์ภาษา (generation) เน้นไปที่การแยกภาษาเป็นส่วน ๆ และการประกอบรวมภาษาให้สื่อความได้ ตามลำดับ
• การแปลภาษาด้วยเครื่อง ยังคงเป็นแขนงสำคัญอันหนึ่งของภาษาศาสตร์คอมพิวเตอร์ โดยมีหลายแนวคิด เช่น การแปลจากภาษาหนึ่งไปเป็นอีกภาษาหนึ่งโดยตรง หรือการแปลจากภาษาต้นทางไปเป็นภาษากลาง (ภาษาสากล - inter lingua) ก่อน จากนั้นค่อยแปลจากภาษากลางไปเป็นภาษาปลายทาง

ในการวิจัยด้านภาษาศาสตร์คอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่ จะมีแนวทางดังต่อไปนี้

• ภาษาศาสตร์คลังข้อมูล โดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยวิเคราะห์ (computer aided corpus linguistics)
• การออกแบบโปรแกรมแจกแจงประโยค (parser) ให้รองรับภาษาธรรมชาติ
• การออกแบบตัวกำกับ (tagger) เช่น ตัวกำกับชนิดคำ (en:part-of-speech tagger หรือ POS-tagger)
• การนิยามตรรกศาสตร์แบบพิเศษ เช่น ตรรกศาสตร์ทรัพยากร เพื่อการประมวลผลภาษาธรรมชาติ (Natural language processing หรือ NLP)
• การวิจัยความสัมพันธ์ระหว่างภาษาฟอร์มอลกับภาษาธรรมชาติในสภาวะปกติ

สมาคมภาษาศาสตร์คอมพิวเตอร์ ​ (Association for Computational Linguistics หรือ ACL) ได้นิยามภาษาศาสตร์คอมพิวเตอร์ไว้ว่า "เป็นการศึกษาภาษาตามแนวทางวิทยาศาสตร์จากมุมมองเชิงคำนวณ นักภาษาศาสตร์คอมพิวเตอร์จะสนใจที่การสร้างแบบจำลองเชิงคำนวณ (en:computational model) ของปรากฏการณ์ทางภาษาศาสตร์ทั้งหลาย"[4]