La propiedad común de los controladores P, PI y PID es la linealidad. En el caso del controlador proporcional (P), la variable de control u es directamente proporcional al error e.
La variable de control del controlador proporcional-integral (PI) es una suma de dos componentes - uno proporcional (que es como en el caso de controlador P puro, directamente proporcional al error), y un uno integral, que es proporcional al valor acumulado del error, es decir, a su integral. La acción integral es capaz de alcanzar el error cero en algunos casos, en los que es imposible con un controlador proporcional puro, por ejemplo, si la fricción de Couloumb está presente. Es de carácter inercial, a veces puede ocasionar una respuesta inestable u oscilatoria del sistema de control.
La salida (variable de control) del controlador proporcional-integral-derivativo (PID) contiene un derivado de la acción adicional. Se ha un comportamiento de anticipación y aporta una respuesta más rápida a los cambios bruscos. Su desventaja es que amplifica el ruido de alta frecuencia, presente en la medición, lo que puede causar al azar, un funcionamiento errático del sistema.