这一概念有数十种定义。对它们的分析表明，系统这一概念的定义不仅在形式上、而且在实质上都发生了变化。下面考察随着系统理论的发展以及这一概念在实践中的运用，系统的定义所发生的主要的、原则性的变化。
要素与联系
在最早的定义中，人们以这样或那样的形式指出：系统就是要素（部分、组成部分）aᵢ 以及它们之间的联系（关系）rⱼ：
$$S = \{a_i,\; r_j\}$$
$$S = \langle A,\; R \rangle$$
$$S = A \cap R$$
上述形式化的写法采用了不同的集合论表示方式：前两种通过给定集合来表示，未考虑要素集合与联系集合之间的相互关系；第三种则反映了这样一个事实——系统并非某类要素与联系的简单总和，而只包含处于交集区域中的那些要素与联系。
路德维希·冯·贝塔朗菲把系统定义为“相互作用的组成部分的复合体”，或“彼此之间以及与环境之间处于一定关系中的要素的总和”。《苏联大百科全书》按希腊语 systema 直译来界定系统，其意为“组成”，即由部分构成、结合而成之物。
“要素”与“组成部分”、“联系”与“关系”这些术语通常当作同义词使用（在定义的译文中尤其如此）。但严格说来，“组成部分”是比“要素”更一般的概念，它可以指要素的总和。至于“联系”与“关系”这两个概念，也存在不同的观点。
如果已知各要素在原则上并不同质，那么可以在定义中立即加以考虑，划分出不同的要素集合：
$$S = \langle A,\; B,\; R \rangle$$
在梅萨罗维奇的定义中，划分出输入客体的集合 X（作用于系统）与输出结果的集合 Y，并在二者之间确立了概括性的交集关系；这既可以按定义作者的写法表示，也可以采用其他表示交集的符号：
$$S \subseteq X \times Y$$
如果某类关系只适用于不同集合的要素，而不在各集合内部使用，那么可以这样加以反映：
$$S = \{a_i \; r_j \; b_k\}$$
- $\{a_i \; r_j,\; b_k\}$ —— 由原始集合 $A$ 与 $B$ 的要素构成的新系统的要素。
这种写法在数学语言学中称为组合段。
要素与联系的属性
为使要素与联系更加确切，定义中会纳入属性。例如在霍尔的定义中，属性（特征）Q_A 补充了要素（事物）这一概念：
$$S = \langle A,\; R,\; Q_A \rangle$$
- $Q_A$ —— 属性（特征）
乌约莫夫通过“事物”“属性”“关系”这些概念来界定系统，提出了一对对偶的定义：其一中属性刻画要素（事物），其二中属性刻画联系（关系）：
$$S = \langle a_i,\; r_j,\; q_i \rangle \quad \text{and} \quad S = \langle a_i,\; r_j,\; q_j \rangle$$
- $a_i$ —— 要素
- $r_j$ —— 联系（关系）
- $q_i$ —— 要素的属性
- $q_j$ —— 联系（关系）的属性
目标
随后，目标这一概念出现在系统的定义中。起初是以隐含的形式：在捷姆尼科夫的定义中，“系统是有组织的集合”（其中的目标在展开“有组织”这一概念时才显现出来）；在哲学词典中，系统是“彼此处于关系与联系之中、并形成某种完整统一体的要素的总和”。随后，它以最终结果、系统形成准则、功能的形式出现（参见维尔纳茨基、吉布森、阿诺欣、加泽-拉波波特的定义），再往后则明确提到目标。
这一组定义可以象征性地表示如下：
$$S = \langle A,\; R,\; Z \rangle$$
- $Z$ —— 目标、目标的总和或目标结构。
在有些定义中还确切规定了目标形成的条件——环境、时间区间，即系统及其目标得以存在的期限。萨加托夫斯基的定义即是如此，它也将成为一种目标结构化方法的基础：系统是“功能要素及其相互关系的有限集合，它按照特定目的、在确定的时间区间内从环境中划分出来”：
$$S = \langle A,\; R,\; Z,\; S_R,\; T \rangle$$
- $S_R$ —— 环境
- $T$ —— 系统存在的时间
观察者
再往后，系统的定义中除要素、联系和目标之外，开始纳入观察者 N，即在研究对象或过程、或在作出决策时把它表示为系统的那个人：
$$S = \langle A,\; R,\; Z,\; N \rangle$$
- $N$ —— 观察者、研究者
艾什比曾指出，必须考虑所研究的系统与研究者之间的相互作用。但第一个明确把观察者纳入其中的定义，是切尔尼亚克给出的：“系统是主体（研究者、观察者）在解决研究与认识课题时，在意识中对客体的属性及其相互关系的反映”：
$$S = \langle A,\; R,\; Z,\; N \rangle$$
在这一定义的后续版本中，切尔尼亚克还开始考虑观察者的语言，其表述为：“系统是在观察者（研究者、设计者）的语言中，对客体、关系及其属性在解决研究与认识课题时所作的表示”：
$$S = \langle A,\; R,\; Z,\; N,\; L_N \rangle$$
- $L_N$ —— 观察者的语言
系统的定义中还可能包含更多的构成成分，这与在具体条件下需要区分要素、联系等的类别有关。
系统定义的演变
把系统定义的演变（先是要素与联系，然后是目标，然后是观察者）同认识论范畴运用的演变相对照，可以发现二者的相似：起初，模型（尤其是形式模型）只以考虑要素、联系及其相互作用为基础；随后开始关注目标，并寻找其形式化表示的方法（目标函数、运行准则等）；而从二十世纪六十年代起，人们越来越关注观察者，即实施建模或进行实验的人（甚至在物理学中也是如此），也就是决策者。
考虑到这一点，并依据对系统概念实质的更深入分析，看来应当把这一概念视为认识论、反映论的范畴。
系统的“工作”定义
考察系统的各种定义及其演变，而不把其中任何一个单列为主要定义，不仅可以注意到：像“系统”这样通常靠直觉把握的概念很难简短地加以界定；而且可以认识到这样一个事实：在把对象表示为系统的不同阶段、在各种具体情境中，可以使用不同的定义。而且，随着对系统认识的深化，或转入研究的另一个层面，系统的定义不仅可以、而且应当加以精确化。
一个同时包含要素、联系、目标和观察者——有时还包含观察者表示系统所用“语言”——的定义，有助于提出课题、勾画系统分析方法的主要阶段。例如在组织系统中，如果不确定有权作出决策的人，就可能达不到创建该系统所要达到的目标。但也有一些系统，其观察者是显而易见的。有时甚至不必明确使用目标这一概念。
例如，乌尔曼采夫为研究植物这类发育程度相对不高的生物客体而创建的系统理论版本，就不包含目标这一概念，因为它并非该类客体所固有；而合目的性与发展这些概念，则以一种特殊关系——组成法则——的形式加以反映。
因此，在进行系统分析时，首先应当借助尽可能完整的系统定义来表示情境，然后在划分出影响决策的最本质的组成部分之后，表述一个“工作”定义；这一定义可以随分析的进程加以精确化、扩展或收窄。
系统的“工作”定义有助于研究者（研制者）着手描述系统。此外，为了正确选出所采纳的“工作”定义中包含的必要要素、联系、它们的属性以及其他构成成分，形成系统这一最初的言语表示的那些人，必须在相同的意义上使用上述概念。
系统定义的选择反映所采纳的构想，实际上就是建模的开端。因此从一开始就宜于以符号形式给出定义，这有助于参与系统研制或研究的全体人员对它有更为单一的理解。
把系统的定义看作着手研究系统的手段，以及在改造或设计系统时力求保持其整体性，促使本节作者提出这样一个定义：其中系统并不像前面已引述的定义那样被分解为最基本的微粒，而是被表示为若干放大了的组成部分的总和——这些组成部分对于所研究或所创建系统的存在与运行是原则上必需的：
$$S = \langle Z,\; \text{Str},\; \text{Tech},\; \text{Cond} \rangle$$
- $\{Z\}$ —— 目标的总和或目标结构
- $\{\text{Str}\}$ —— 实现目标的各种结构（生产结构、组织结构等）的总和
- $\{\text{Tech}\}$ —— 实现系统的各种技术（方法、手段、算法等）的总和
- $\{\text{Cond}\}$ —— 系统存在的条件，即影响其创建、运行与发展的各种因素
这一定义使人们能够不破坏所研究的系统，而是在其中保留主要结构，并按既定目标加以发展；在创建新系统时，它有助于获得完整的设计构想，并实现面向目标的系统创建途径。
系统的物质性与非物质性
在二十世纪六七十年代系统研究的形成时期，关于系统是物质的还是非物质的争论相当频繁。这个问题至今并非人人都清楚。
一方面，为了强调系统的物质性，某些研究者在自己的定义中把“要素”一词换成“事物”“客体”“物件”；虽然后者也可以理解为抽象的客体或研究对象，但这些定义的作者显然是想让人注意系统的物化性与物质性。
另一方面，在上文引述的切尔尼亚克的定义中，尤其是在奥普特纳的定义中，系统只能理解为一种表示，即只存在于研究者、设计者意识中的东西。任何懂得反映论规律的专家似乎都会反驳：显然，构想（系统的观念性表示）随后会以物质形式存在；而对决策课题来说，重要的是强调系统这一概念可以成为研究问题、解决课题的手段。尽管如此，上述定义在当时仍受到系统物质性拥护者、特别是哲学家的批评。
阿法纳西耶夫指出了关于系统物质性与非物质性之争的无谓：“……客观存在的系统——与系统这一概念；作为认识系统的工具而使用的系统概念——以及重新回到现实的系统，而关于它的知识已因我们的系统表象而更加丰富——这就是系统中客观与主观的辩证法……”。
与所讨论的问题相关，还应注意：《苏联大百科全书》在上述定义之外还给出了另一个定义：系统是“彼此有规律地联系着的事物、现象，以及关于自然与社会的知识的客观统一体”——也就是说，它强调要素（因而也是系统）这一概念既可以用于现存的、已在物质上实现的事物，也可以用于关于这些事物或其未来实现的知识。
因此，在系统这一概念中（如同在任何其他认识范畴中一样），客观与主观构成辩证的统一；不应谈论系统的物质性或非物质性，而应谈论把研究对象作为系统来看待的途径，谈论在认识或创建的不同阶段对它们的不同表示。
系统考察的层面
例如，切尔尼亚克指出，同一个对象在其考察的不同阶段可以在不同方面加以表示，并据此建议把同一个系统表示在不同的存在层次上：哲学的（认识论的）、科学研究的、设计的、工程的等等，直至物质实现。
换句话说，在系统考察的不同阶段，可以给“系统”这一术语赋予不同的概念，仿佛在谈论系统以不同的形式存在。梅萨罗维奇建议区分系统考察的层面。
类似的层面不仅在创建对象时存在，在认识对象时同样存在，即在把实际存在的客体表示为意识中（或模型中）抽象设想的系统时存在；这随后有助于创建新的客体，并制定改造（改建、重建）现有客体的建议。
系统分析方法（或系统研究模型）不一定要涵盖系统认识或设计的全过程，也可以针对其中某一个层面来制定（实践中通常正是如此）；为了不在系统的研究者或研制者之间产生术语上的或其他分歧，首先必须明确说明所讨论的究竟是系统考察的哪一个层面。