El Doctorado en Ingeniería de Sistemas cuenta con tres Líneas de Investigación y/o Generación del Conocimiento (LGAC):
1) Sistemas Complejos.
2) Sistemas de Ingeniería.
3) Sistemas de Información y Comunicación.
Las LGAC de Sistemas Complejos aborda todo lo relacionado con el desarrollo de propuestas sistémicas de solución a problemas nacionales, a través de la utilización de un cuerpo de conocimientos integrado por conceptos, teorías, método, metodologías y modelos transdisciplinares, haciendo posible el estudio, caracterización, modelación y predicción del comportamiento de sistemas complejos de diversa naturaleza, con el propósito de establecer escenarios futuros que permitan eficientar la gestión y asegurar la viabilidad de dichos sistemas; siempre teniendo como fin el valor sistémico, y no sólo el valor económico, repercutiendo en beneficio de diversos sectores de la sociedad. Los temas de interés de esta LGAC son, entre otros, complejidad, procesos estocásticos, teoría de redes, econofísica, física estadística, geometría fractal, teoría del caos, sistemas sociotécnicos, cibernética de primero, segundo y tercer orden, modelo de sistema viable, metodologías de sistemas suaves, sinérgetica y dinámica de sistemas.
Por otra parte, la LGAC de Sistemas de Ingeniería tiene por objetivo desarrollar y aplicar metodologías sistémicas que ayuden a la planeación, operación y control de los recursos, procesos y actividades de los sistemas ingenieriles. Por ende, esta LGAC estudia y aporta soluciones sistémicas a los sistemas y organizaciones productoras de bienes y servicios, las cuales representan un campo abundante para la aplicación del enfoque de la ingeniería de sistemas. Algunos aspectos relacionados a esta LGAC son la calidad integral y sustentable, el análisis de riesgos, accidentes, confiabilidad de sistemas, sistemas biofísicos, sistemas sostenibles, reingeniería de procesos, la integración del factor humano en los sistemas productivos, sistemas y corrientes de planeación y de pensamiento estratégico, ergonomía, sistemas económico-financieros, sistemas ambientales, sistemas tecnológicos.
Por último, la LGAC de Sistemas de Información y Comunicación tiene como objetivo desarrollar y aplicar conceptos, método y metodologías sistémicas al desarrollo de sistemas de información y comunicación que generen información oportuna y confiable para que las organizaciones productoras de bienes y servicios tomen decisiones estratégicas más acertadas, desde las más pequeñas hasta las grandes y complejas. Esto implica investigar el estado del arte y evolución a nivel internacional de los sistemas técnicos y socioculturales de información y comunicación. Algunos aspectos relacionados a esta LGAC son la inclusión de paradigmas de la inteligencia artificial como son las redes neuronales artificiales, algoritmos de lógica difusa, algoritmos genéticos, visión artificial, aprendizaje profundo, minería de datos o inteligencia de enjambre, que integrados con modelos de ciencias de la computación como el cómputo distribuido o el Internet de las Cosas, dan lugar a nuevos modelos holísticos como son las redes de distribución inteligentes o redes definidas por software.