Pe baza caracteristicilor sistemelor de operare enunţate anterior se poate face o clasificare a acestora, clasificare recunoscută aproape unanim: 

• sisteme secvenţiale;

• sisteme cu multiprogramare;

• sisteme cu prelucrare multiplă;

• sisteme în timp real. 

      Majoritatea sistemelor de aceste tipuri recunosc programul ca cea mai mică unitate de prelucrare, căreia i se atribuie o identitate şi pe care un utilizator o poate prezenta spre execuţie. Unele sisteme oferă în plus posibilitatea ca un program să fie considerat ca un ansamblu de sarcini (task) ale căror execuţii (inclusiv în paralel) contribuie la atingerea obiectivului urmărit de acest program.

      Un sistem secvenţial (batch processing – prelucrare pe loturi) execută la un moment dat un singur program, care trebuie terminat înainte ca un alt program să fie luat în consideraţie. În acest caz timpul de răspuns este de obicei mare.

      Sistemele cu multiprogramare (multiprogramming) acceptă la un moment dat mai multe programe în memoria centrală partajată, acestea aflându-se în diferite stadii de execuţie.Acelaşi sistem poate să permită execuţii secvenţiale sau interactive. În ultimul caz se poate ajunge la tehnici sofisticate de gestiune a resurselor de calcul, în scopul obţinerii unui timp de răspuns cât mai mic şi a unei eficienţe de utilizare maximă. Pentru un sistem interactiv timpul de răspuns este un atribut deosebit de important.

   Un sistem de calcul cu prelucrare multiplă (multiprocessor) dispune de mai multe procesoare, care pot executa simultan unul sau mai multe programe. Utilizarea efectivă a prelucrării multiple necesită atributul de multiprogramare. Execuţia simultană a unui singur program de către mai multe unităţi presupune existenţa posibilităţii de a descompune acest program în mai multe sarcini (multitasking).

    Sistemele în timp real sunt în general dedicate anumitor tipuri de funcţiuni şi trebuie ca valorile anumitor atribute să se încadreze în limite uneori extrem de restrictive. Timpul real este o noţiune utilizată pentru caracterizarea operaţiilor ce se desfăşoară în sincronism cu evenimentele lumii exterioare.