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MATLAB系统主要由开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、图形处理系统和应用程序接口五个部分组成。
MATLAB的主要组成包含两个部分：核心部分和各种应用工具箱。
MATLAB的核心部分由MATLAB开发环境、MATLAB语言、MATLAB数学函数库、MATLAB图形处理系统和MATLAB应用程序接口五大部分组成，包含数百个核心内部函数：
（1）桌面工具和开发环境。MATLAB由一系列工具组成，这些工具大部分拥有图形用户界面，方便用户使用MATLAB的函数和文件，包括MATLAB桌面和命令行窗口、编辑器和调试器、代码分析器和浏览器（用于浏览帮助、工作空间、文件）。
（2）数学函数库。MATLAB数学函数库提供了大量的计算算法，从初等函数（如加法、正弦、余弦等）到复杂的高等函数（如矩阵求逆、矩阵特征值、贝塞尔函数和快速傅里叶变换等）。
（3）语言。MATLAB语言是一种高级的基于矩阵/数组的语言，具有程序流控制、函数、数据结构、输入/输出和面向对象编程等特色。用户可以在命令行窗口中将输入语句与执行命令同步，以迅速创立快速抛弃型程序，也可以先编写一个较大的复杂的M文件后再一起运行，以创立完整的大型应用程序。
（4）图形处理系统MATLAB具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。其高层次作图包括二维和三维的可视化、图像处理、动画和表达式作图；低层次作图包括完全定制图形的外观，以及建立基于用户的MATLAB应用程序的完整的图形用户界面。
（5）外部接口。外部接口是一个能使MATLAB与C、FORTRAN等其他高级编程语言进行交互的函数库，包括从MATLAB中调用程序（动态链接）、调用MATLAB为计算引擎和读写mat文件的设备。
MATLAB的一个重要特色是它具有一系列称为工具箱（Toolbox）的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科和应用而定制的，可以分为功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充MATLAB的符号计算、可视化建模仿真、文字处理以及与硬件实时交互的功能，用于多种学科；而学科性工具箱则是专业性比较强的工具箱，如控制工具箱、信号处理工具箱、通信工具箱等都属于此类。简言之，工具箱是MATLAB函数（M文件）的全面综合，这些文件把MATLAB的环境扩展到解决特殊类型问题上，如信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析、系统仿真等。
此外，开放性使MATLAB广受用户欢迎。除内部函数以外，所有MATLAB核心文件和各种工具箱文件都是可读可修改的源文件，用户可通过对源程序进行修改或加入自己编写的程序构造新的专用工具箱。
MATLAB系统除了以上5个主要部分之外，还有两个重要部件，即Simulink（实现计算机仿真的软件工具）和Toolboxes（应用领域工具箱函数），它们在MATLAB系统和用户编程中占据非常重要的地位。
Simulink是MATLAB软件的扩展，它提供了集动态系统建模、仿真和综合分析于一体的图形用户环境，是实现动态系统建模和仿真的一个软件包。它与MATLAB的主要区别在于，其与用户的交互接口是基于Windows的模型化图形输入，使得用户可以把更多的精力投入系统模型的构建，而非语言的编程上。
Simulink提供了大量的系统模块，包括信号、运算、显示和系统等多方面的功能，可以创建各种类型的仿真系统，实现丰富的仿真功能。用户也可以定义自己的模块，进一步扩展模型的范围和功能，以满足不同的需求。为了创建大型系统，Simulink提供了系统分层排列的功能，类似于系统的设计，在Simulink中可以将系统分为从高级到低级的几个层次，每层又可以细分为几个部分，每层系统构建完成后，将各层连接起来构成一个完整的系统。模型创建完成之后，可以启动系统的仿真功能分析系统的动态特性，Simulink内置的分析工具包括各种仿真算法、系统线性化、寻求平衡点等，仿真结果可以使用图形的方式显示在示波器窗口，以便于用户观察系统的输出结果。另外，Simulink也可以将输出结果以变量的形式保存起来，并输入MATLAB工作空间中完成进一步的分析。
Simulink支持多采样频率系统，即不同的系统能够以不同的采样频率进行组合，可以仿真较大、较复杂的系统。
现实中每个系统都有输入、输出和状态3个基本要素，它们之间随时间变化的数学函数关系即数学模型。图形化模型也体现了输入、输出和状态之间随时间变化的某种关系，如图1-1所示。只要这两种关系在数学上是等价的，就可以用图形化模型代替数学模型。
图1-1 模块的图形化表示
Simulink的仿真过程包括如下几个阶段：
（1）模型编译阶段。Simulink引擎调用模型编译器，将模型翻译成可执行文件。其中编译器主要完成以下任务：
计算模块参数的表达式，以确定它们的值。
确定信号属性（如名称、数据类型等）。
传递信号属性，以确定未定义信号的属性。
优化模块。
展开模型的继承关系（如子系统）。
确定模块运行的优先级。
确定模块的采样时间。
（2）连接阶段。Simulink引擎按执行次序创建运行列表，初始化每个模块的运行信息。
（3）仿真阶段。Simulink引擎从仿真开始到结束，在每一个采样点按运行列表计算各模块的状态和输出。该阶段又分成以下两个子阶段：
初始化阶段：该阶段只运行一次，用于初始化系统的状态和输出。
迭代阶段：该阶段在定义的时间段内按采样点间的步长重复运行，并将每次的运算结果用于更新模型。在仿真结束时获得最终的输入、输出和状态值。
MATLAB主要有以下Toolboxes：
Matlab Main Toolbox——MATLAB主工具箱。
Control System Toolbox——控制系统工具箱。
Communication Toolbox——通信工具箱。
Financial Toolbox——财政金融工具箱。
System Identification Toolbox——系统辨识工具箱。
Fuzzy Logic Toolbox——模糊逻辑工具箱。
Higher-Order Spectral Analysis Toolbox——高阶谱分析工具箱。
Image Processing Toolbox——图像处理工具箱。
LMI Control Toolbox——线性矩阵不等式工具箱。
Model predictive Control Toolbox——模型预测控制工具箱。
μ
-Analysis and Synthesis Toolbox——
μ
分析工具箱。
Neural Network Toolbox——神经网络工具箱。
Optimization Toolbox——优化工具箱。
Partial Differential Toolbox——偏微分方程工具箱。
Robust Control Toolbox——鲁棒控制工具箱。
Signal Processing Toolbox——信号处理工具箱。
Spline Toolbox——样条工具箱。
Statistics Toolbox——统计工具箱。
Symbolic Math Toolbox——符号数学工具箱。
Simulink Toolbox——动态仿真工具箱。
Wavele Toolbox——小波工具箱。