Některé soustavy se vyznačují výraznými nelinearitami. O některých už jsme se zmínili, např. nelinearita typu omezení (saturace), nebo obecná funkční závislost (např. kvadratická, sigmoidální nebo odmocninová), reléová charakteristika, jednoduchá hystereze, dvojitá a vícenásobná hystereze, pásmo necitlivosti a suché tření nebo nesymetrie soustavy. Charakter nasycení mívá i nelinearita typu omezení akční veličiny. Vzniká v situaci, regulátor vyčíslí určitou hodnotu akčního zásahu (např. teplotu vody v otopné soustavě rovnou 250 °C, zatímco fyzikálně realizovatelná je do 100 °C, ale v potrubí je dostupná jen voda o teplotě 80 °C, někdy podstatně méně. Někdy obsahuje jedna soustava více nelinearit, např. u hydraulických soustav to bývá omezení spolu s odmocninovou závislostí a nesymetrií soustavy. Další nelinearity mohou být např. u hydraulických soustav způsobeny neobvyklými tvary nádrží.