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创新理论是创新能力相关研究重要的理论来源。1912年，熊彼特在撰写《经济发展理论》一书中第一次明确提出了创新的概念，将创新视为经济增长的核心引入经济理论研究之中。之后，相关学者多围绕着其对于创新的定义展开研究，丰富了创新的相关理论。为了解释知识创造和传播的复杂性，逐步形成了不同层次的创新系统，形成了全球、国家地方到企业及部门多维嵌套的创新体系。
在历史上，创新发展促进了生产方式的变革，提升了人民生活的水平，也帮助了一些国家形成了自身优势。人类过往的三次科技革命分别经历了蒸汽机的创造和使用、电力的应用、电子计算机的运用，有效提升了全社会的生产率，改进了人民的生产生活方式，带动了英国、美国、德国等国家的发展，同时也造成了亚洲和非洲国家不同程度上的破坏，塑造了全新的全球格局，被恩格斯誉为“最高意义”的“革命力量”。我国近代就开始了对创新精神的不断探索，在中华人民共和国成立之后取得了一系列的创新成就，向世界彰显了中华民族的创新能力、创新实践和创新追求。在新时代，创新更是成为我国赶超其他国家的核心能力，是提升人民生产生活生态水平和综合国力的不竭动力，习近平总书记指出：“惟创新者进，惟创新者强，惟创新者胜”，更表明了创新是中华民族的不懈追求，是中华民族伟大复兴的必然选择。
在具体的实践上，从邓小平提出“科技是第一生产力”的伟大历史论断，到党的十八大以来具有时代特色、中国特色的创新发展理念的深入，创新已然成为我国经济高质量发展的第一动力，创新发展理念越发深入人心。在国际金融危机余波尚未平息之时，在以美国为首的霸权主义不断打压下，在我国人口红利不断稀释、生态环境压力不断加大的背景下，创新无疑成为我国实现经济高质量发展的核心推动力量，提升我国国际地位的重要保障，实现人与自然和谐相处的助推器。
创新发展理念体现了中国社会主义发展历史逻辑和社会主义现代化建设实践逻辑的辩证统一，对于推动我国经济高质量发展具有积极的作用。习近平总书记指出“创新是一个复杂的社会系统工程，涉及经济社会各个领域”，因此本报告认为创新发展的概念是以创新这一复杂的社会系统工程为基础，推动我国政治、经济、社会、文化、生态等各个领域充分协调发展，通过增强我国软实力以提升综合国力的理念。此外，贯彻落实创新发展理念还需要重视教育、人才和科学技术等发挥的推动作用。
习近平总书记指出，实现创新发展，需要“不断推进理论创新、制度创新、科技创新、文化创新等各方面创新”。可见，创新是一个较为宽泛的概念，既包括技术创新，也包括体制政策、组织创新、制度创新、理论创新和实践创新，但是在促进经济社会发展和提升综合国力等方面，科技创新占有重要的地位，有着相对突出的影响力。因此，本报告所涉及的创新发展虽然兼含理论创新、制度创新和文化创新等方面的内容，但是在量化区域创新发展能力时仍然主要是以科技创新为主，而科技创新的概念借鉴梁前德（2011）的定义，是指创新主体在实现创新价值过程中所进行的具体活动，按照活动类别的不同可以划分为科学创新和技术开发两个方面，按照支出对象可以划分为直接支出和间接支出。
总的来说，国外学者对于创新发展能力的研究起步较早，主要依据有关创新理论，结合实际选取创新指标进行创新评价体系的构建，而国内学者多侧重结合社会经济背景利用现有的指标体系进行创新能力的测算和分析，并不断修正和完善创新能力的评价体系，取得了比较丰富的实证研究成果。
国外学者着眼于不同尺度的创新系统展开创新能力的研究，具体到区域创新系统，多结合创新理论，多维度地构建创新系统评价体系。相近的概念还包括创新力、创新活力、知识竞争力，部分学者还基于要素投入和成果产出的角度对创新效率进行测度，用以表征区域整体的创新能力。如Chen等（2020）从创新投入和产出的两个核心阶段，同时结合创新环境支撑三个维度构建了一套由12个指标组成的区域创新能力评价指标体系。Montalto等（2019）基于一个新颖的数据集[文化和创意城市监测（CCCM）]，该数据集收集了30个欧洲国家168个城市的29项指标，用以衡量文化场所和设施的存在和吸引力（文化活力）、文化创造就业和创新的能力（创造经济）、文化和创意过程繁荣的条件（有利环境）。Huggins等（2008）从知识、人力和金融资本，以及知识支持和经济产出等几个方面综合构建知识竞争力评价指数，进一步对全球主要城市进行知识竞争力评价，研究指出与欧洲和亚洲的同行相比，美国大部分高绩效区域经济体具有知识竞争优势。Chen和Guan（2012）把创新过程分解为技术发展和技术商业化两个连续子过程，应用关联网络数据包络模型对中国区域创新系统的创新效率进行系统性测度。Ni等（2011）采用结构方程法构建了城市创新系统的结构模型，然后分析了各变量的不同效应及其作用机制，并根据路径系数计算权重，对全球436个城市的创新能力进行了排名。Rudskaya和Rodionov（2018）明确了创新潜力作为区域创新系统绩效评价关键要素的概念，之后采用两阶段数据包络分析（DEA）进行了数学模拟，评估了2011—2015年俄罗斯区域创新体系的绩效。Pei等（2021）提出了一个评价城市创新能力的ECNN模型，该模型从机器学习的角度研究创新能力，克服了原有统计方法在研究指标之间关系时没有考虑指标与创新能力之间关系的不足。
国内关于创新发展能力主要是聚焦在核心概念的界定和综合水平的测度。首先，理论探讨区域创新发展的概念、内涵和外延（叶林、李萌，2021）。结合我国区域发展的实际，从经济发展的核心、其他国家经济发展的典型经验以及中国全面建成小康社会的要求来阐释长江经济带走创新发展之路的必要性和紧迫性，并在探讨创新发展的主要特征，深入研究创新发展机制的基础上，明确长江经济带创新发展战略的路径选择（方敏等，2019）。其次，从经济统计、城市经济和创新管理等学科领域出发，着眼经济带创新发展的典型特征，选用合理的评价方法对长江经济带创新发展能力进行评价（范斐等，2017），探究区域创新发展能力的时空分布及演化特征，科学测度创新发展与工业转型之间的联系（姚西龙等，2015）。最后，从区域协同和产业结构优化等方面对区域创新提出对策建议。
然而，这些研究很少涉及创新发展过程中的阻碍因素，不能明确具体是哪些因素影响区域创新发展能力的提升。其中，关于区域创新发展能力评价的研究起步较晚，主要利用现有的指标体系进行修正和完善，通常从创新人力投入、创新资本投入和创新环境支撑、创新产出等维度选取指标构建综合评价体系，且主要关注不同地区创新能力在时空分布上的差异，或者从投入产出角度来测度不同地区的创新效率（黄亮等，2017；池仁勇、唐根年，2004）。研究地域单元起初以省为单位，近年来也逐渐细化到地级市、城市群等创新单元，较多采用专利数量这一直接产出指标来衡量其科技创新能力。
马克思早在《资本论》中就已经从多个角度提出了创新的思想，并指出创新是经济发展的核心动力，而最早将创新概括为“生产要素的重新组合”并使用这一概念的则是Schumpeter（熊彼特，1990），同时新古典经济学中的索洛模型也强调了科技的重要作用。此后，强调科技创新的新经济增长理论学派和强调制度创新的新制度经济学理论学派分别从不同角度强化了创新对于经济增长具有决定性作用的认知观念，其中新经济增长理论学派认为企业家、大学及科研机构、市场、知识等主导了技术创新，而新制度经济学理论学派则认为主导因素是知识产权。以两个学派的观点为支撑，Michael Porter更进一步将创新驱动视作要素驱动和投资驱动之后的又一个发展阶段（Porter，1990），并指出创新是这一阶段发展过程中最主要的动力来源。Porter的发展阶段理念不仅适用于西方国家，也符合中国特色社会主义建设过程中前期的驱动力转换过程，改革开放前后，中国经济增长从主要依赖于要素驱动向主要依靠投资驱动转化。但改革开放以来长期经济高速增长中的人口红利消失、自然资源的稀缺性凸显、投资回报率的大幅下降以及全球经济危机的不断深化，使中国从投资驱动向创新驱动转化迫在眉睫，同时也引发了学术界对于创新驱动的关注。刘志彪（2011）认为，创新驱动是向自主设计、研发和发明的技术转型，及其在转型过程中伴随的知识生产和创造；辜胜阻（2010）则指出，创新驱动是区别于要素驱动和投资驱动的发展战略观点。
创新驱动引起学界的广泛关注则主要是在党的十八大正式提出了创新驱动发展战略以后，这一阶段产生了大量的研究成果和理论观点：任保平（2013）认为，创新驱动是各个创新主体协同作用的综合创新；陈曦（2013）认为，创新驱动是一项系统工程，强调了创新主体的作用；王兰英（2014）在强调了创新主体重要作用的同时，认为企业是最为重要的创新主体。由于是基于中国资源禀赋、经济水平、产业结构和社会生产力所做出的判断，因而各种观点可能强调的重点有所不同，但基本上没有大的分歧。
2016年《国家创新驱动发展战略纲要》正式颁布，明确了创新驱动的重要地位，也更加全面地阐释了其与其他创新模式的相互关系以及在经济社会发展中的作用模式，至此创新驱动在中国有了官方定义。而后学界对于创新驱动概念进行了细节上的补充（陈诗一，2017）。
在Schumpeter创新理论之后，Mensch探究了创新过程中的集群现象，这为创新系统概念提供了早期的思想基础。在20世纪90年代，创新理论向创新系统论过渡，并从宏观、中观和微观三个角度形成了国家、产业和企业的创新系统理论。其中，国家创新系统的理论渊源可以追溯到Friedrich List的“国民体系”，第一个提出“国家创新系统”的则是英国经济学家Christopher Freeman，而在同一时代Richard Nelson和Bengt-Aake Lundvall也分别从主体视角和机制视角形成了自己的国家创新系统学派（王茤祥、韩周，2019），三位学者共同建构并完善了国家创新系统理论。在中国创新驱动发展战略的宏观背景下，国家创新系统成为中国在国家层面上实施创新驱动战略的理论根基，相应的研究也分别从国际化程度、政策、分析框架、影响因素等方面展开（陈衍泰等，2019）。
随着经济的快速增长以及社会分工的不断深化，国家创新系统理论对于国家内部不同地理人文环境区域的解释力略显不足，特别是对于大国来说有诸多不合理性。在国家创新系统的基础上，一方面受到Alfred Marshall的产业集聚理论的启发，另一方面受区域科学中的内生增长理论和增长极理论的影响，区域创新系统理论应运而生。最初区域创新系统概念的提出应当属英国学者Cooke，并逐渐成为区域科学中的重要内容之一。而后，诸多西方专家学者对区域创新系统进行了大量的补充和完善，区域创新系统已经成为国家创新系统中至关重要的内容及提升创新驱动水平的根本保障，美国、欧盟、英国、韩国和中国也先后通过制定战略和规划明确了国家创新系统的地位。
当前区域创新系统的研究主要围绕区域创新能力、创新环境、机理演化等方向展开（石峰、戴冬阳，2013）。在区域创新能力方向，相关研究主要从区域创新的主体层面、指标体系评价层面和创新能力差距层面展开，并分析了其要素驱动和形成机理；在区域创新环境方向，经济环境、社会环境和生态环境均会对创新产生影响；在区域创新机理演化方向，相关研究从结构功能、边界形成、演化主体等多个角度进行分析。同时不同区域创新系统具有地理邻近性、社会关系邻近性、认知邻近性、多维邻近性等特点，有效地衔接了宏观和微观两个层面，既是国家创新系统的延续，也是区域资源有效整合、经济结构调整和可持续发展的引擎，更是促进区域发展的最活跃因素。
中国区域创新能力呈现出显著的地理差异特征（李国平、王春杨，2012），具体表现为从东部向西部和从沿海向内陆的递减的梯度变化趋势，因此早在“十一五”规划中，创新驱动就与区域协调发展一并成为中国促进区域经济增长、调整产业结构的重要内容（樊杰、刘汉初，2017）。由于区域创新是中国实现经济高质量增长的核心力量，也是中国摆脱中等收入陷阱的关键，对区域创新系统的研究不仅在理论上丰富了创新的地理内涵，还在实践中为中央和地方政府提供了政策制定的依据。政府会通过政策手段对区域科技创新进行干预，促进科技创新资源集聚，缩小区域科技资源差距。不过中国区域创新面临的定位不清、治理真空、缺乏平台、转化率低等现象仍亟待解决（黄速建、刘建丽，2014）。
不同于国家创新系统和区域创新系统，城市创新系统更具有鲜明的地方性、独特性和开放性（黄昱方、徐悦，2014），而科技创新对城市发展的推动作用将达到前所未有的高度，中国绝大多数的科技创新人才和资源集中在城市。城市被誉为创新活动的发祥地，创新也成为城市发展的核心要素，城市创新系统的能力可以综合反映出该城市所具备的知识积累和技术状况，也推动国家创新系统和区域创新系统发展。
我国学者最先提出了城市创新系统的概念，认为其是城市内创新主体、创新要素与协调要素所形成的复合系统（赵黎明、李振华，2003），此后相关学者还补充了创新的扩散和集聚效应、系统结构、演进机理、评价体系、实现路径、仿真分析、生命周期等诸多方面，而学界普遍认同的城市创新系统包括创新主体、创新环境、创新资源和创新机制（李兵、曹方，2012）。创新主体一般涵盖企业、高校、科研机构、政府机关和中介机构五个方面，纵观国际典型城市，企业、高校和政府是最主要的创新主体；创新环境主要发挥要素供应、结构演化和功能发挥的支撑作用；科技资源囊括了科技人才、研发资金、配套设备、信息资源等多个方面；创新机制包括创新动力的生成、发展和演进机制，还可以细分为标识、聚集、黏着、流动、溢出、涌现、锁定、内卷和涨落（张省、顾新，2012）。另外，城市创新系统的影响因素也围绕着创新主体、内部平台、资源禀赋、市场环境、公共制度、空间联系等方面广泛展开（倪鹏飞等，2011）。
作为可以容纳不同创新主体并提供资源环境供给完成创新机制的空间载体，城市创新系统不同于中观的区域创新系统和宏观的国家创新系统，其更具特殊性。而比企业创新系统和园区创新系统更有普遍性，其内部创新活动的运行和城市间的交互影响从微观角度反映了创新驱动战略的内容和趋势。
创新系统是一个包含了经济、社会和生态等因素的复杂系统，不同国家、区域和城市由于资源禀赋、经济水平、社会阶段和政策制度等差异，其创新能力有较大差距。因此，将不同地区的创新能力进行量化和比较是发现创新内部问题、探索创新经验和精准实施政策的重要前提。当前对创新能力的评价主要是通过建立指标体系进行总体评价和通过投入产出进行效率评价。
在指标体系评价方面，由于所涉及的创新系统的规模、禀赋、地理位置、空间结构、政策方针不同，所以产生了大量的创新能力评价指标体系。E.M.Rogers和J.K.Larsen是最早涉及区域创新能力的学者，他们对硅谷创新能力的评价对后续的研究具有重要启发意义（付智，2012）。此后创新能力的评价指标体系主要从政府和学术界两个维度展开研究。在国外，欧洲工商管理学院建立了全球创新指数；瑞士洛桑国际管理开发学院（IMD）发表了国际竞争力报告；欧盟委员会与联合研究中心建立了欧洲成员国创新记分卡；世界经济论坛（WEF）发表了全球竞争力报告；哈佛大学建立了创新指标。在国内，最早2000年已经有相关学者展开了创新能力的指标体系评价（甄峰等，2000），而后有关文献也不断丰富，对中国区域的创新能力评价产生了深远影响，当前中国关于区域创新能力的研究主要从评价指标、能力分布和影响因素分析展开。在国家层面，中国科学院可持续发展研究组、中国科技发展战略研究小组和国家统计局国家经济景气监测中心也建立了相应的创新能力评价框架。在全球科技创新能力不断深化的当前，受资源稀缺性和高质量发展的影响，对于创新能力的评价已经从指标体系评价逐步过渡到了创新效率的评价，以从质量上评估区域创新能力。
创新效率源于经济学中的“效率”思想，相对于创新能力的指标体系评价，创新效率评价更能反映创新的质量，契合了经济学的主流思想，是分析创新能力的有力工具。“技术效率”由Koopmans首次提出，而后Farrell（1957）首先完成了对技术效率的测度工作，为此后的创新效率研究提供了学术思想和实现途径。早期对技术效率的测度主要从生产函数出发，其主流是Griliches（1979）的知识生产函数。当前对于技术效率的测度方法尽管多种多样，但仍主要集中于随机前沿分析和数据包络分析两种方法，前者为统计方法，后者为数学规划法，二者各有优劣，但由于数据包络分析近年来产生了一系列可以应用于不同领域、不同对象的改进模型，创新效率更多地以数据包络分析为实现手段。