현실 세계와 사이버 시스템을 유기적으로 결합하여 자연환경을 스스로 인지하고 주어진 임무를 수행하는 스마트 시스템.
현실 세계와 사이버 시스템의 결합은 물리 시스템인 센서와 통신 그리고 액추에이터(actuator)로 구성된다.

사이버 물리 시스템(CPS: Cyber-Physical Systems)은 2006년에 미국 국립과학재단(NSF: National Science Foundation)에서 처음 사용하였다. NSF는 네트워킹 기술과 정보통신(IT) 기술이 미래의 산업에 매우 중요한 역할을 할 것으로 인식하고, CPS 기반의 접근 방법을 제시하였다. 미국 대통령 과학기술자문위원회(PCAST: President’s Council of Advisors on Science and Technology)는 2007년에 CPS를 미국의 네트워킹 및 IT 기술개발 분야에서 우선순위 연구 주제로 선정하였다.
유럽은 임베디드 컴퓨터 시스템 연구 프로그램인 ARTEMIS(Advanced Research and Technology for EMbedded Intelligence Systems)에서 모든 시스템이나 기기가 스마트(smart)하고, 현실 세계를 인지할 수 있도록 하자는 비전을 달성하기 위하여 CPS에 관한 연구를 시작하였다. 이후 CPS는 유럽의 Horizon 2020의 주요 연구 주제 중의 하나로 선정되었다.

CPS는 물리 시스템과 사이버 공간 그리고 이를 연결하는 인터페이스(interface)로 구성된다. 물리 시스템은 상태나 동작 등의 관측이나 제어가 필요한 물리적인 대상을 말하고, 사이버 공간은 정보를 처리하는 시스템으로 네트워킹을 포함한다. 인터페이스는 센서와 통신 그리고 시스템을 제어하는 액추에이터로 구성된다.
CPS는 센싱, 네트워킹, 정보 처리 및 판단 그리고 액추에이션의 상호작용(interaction)을 지속해서 수행함으로써 주어진 임무를 실시간에 처리하는 피드백(feedback) 시스템이다. 예를 들어 자율주행 자동차에 CPS를 적용하면 라이더(LiDAR)나 레이더 그리고 카메라와 같은 센서로 차량 주변의 환경 정보를 수집하고, ITS 네트워크를 통하여 도로의 트래픽 정보를 사이버 공간에서 수집한다. 수집된 정보를 지능적으로 처리하고 스스로 판단한 후에 주행을 하거나 제동 장치 등을 제어한다.

CPS는 인공지능(AI), 빅데이터(big data) 등의 기술과 접목하여 더욱 지능화될 수 있고 새로운 소자와 센서 기술의 발달로 독립 CPS 시스템에서 대규모 CPS SoS(system of systems)까지 구현이 가능하다. 스마트 제조업, 운송, 재난 안전, 건강, 의료, 로봇, 스마트 그리드(smart grid), 스마트 공장(smart factory), 스마트 도시(smart city) 등 여러 응용 분야에 적용할 수 있다. 따라서 우리 생활과 밀접하게 관련되어 CPS 신뢰 가치(trust-worthy)가 중요하다. 응용 분야에 따라 신뢰 가치(trustworthness)의 특성 요소와 요구 수준이 다르나 기본적으로 임무의 실패율(failure rate)을 나타내는 신뢰성(reliability), 필요한 시간에 서비스가 가능한 정도를 나타내는 가용성(availability), 실패 후 얼마나 빨리 복구되는가를 표시하는 복원력(resilience), 프라이버시 방지(protection)와 관련된 프라이버시(privacy) 대책, 자연환경과 주변 사람 또는 운용자의 안전(safety)에 관련된 에러율(error rate)과 통신이나 전자 공격(electronic attacks)의 방어 능력을 나타내는 물리적 보안(physical security)과 사이버 공격에 대한 방어 능력인 사이버 보안(cyber security) 등을 만족해야 한다.
CPS는 적응성, 복원력, 안전 및 보안성 그리고 유용성 등의 기술 발전을 통하여 기능과 성능을 향상할 수 있을 뿐만 아니라 우리가 기기나 시스템을 대하는 방식을 바꿀 수도 있다.

일반적으로 CPS는 현실 세계의 정보를 수집·처리하여 시스템을 제어하는 데 중점을 둔다. 디지털 트윈은 현실 세계의 정보를 바탕으로 가상 세계에 현실과 같은 환경을 구현하는 데 중점을 둔다. 따라서 CPS에서 필요한 최적의 분석과 의사결정을 도출할 때 디지털 트윈으로 만든 가상 세계에서 무한 번의 시뮬레이션을 활용할 수 있다. 이런 관점에서 디지털 트윈은 CPS에서 사이버 시스템을 구성하는 하나의 요소일 수 있다.