تعتمد نظرية المجموعات التي يعتمد عليها التحليل الرياضي المركب على أساسين رئيسيين:
1- العلاقات الرياضية بين المجموعات: حيث يدرس التحليل الرياضي المركب علاقات المجموعات بعضها البعض، مثل العلاقات الرياضية بين المجموعات الفرعية والمجموعات الفرعية المتداخلة والمجموعات المتوازية والمجموعات المتبادلة وغيرها.
2- التكرار والتصفية: حيث يتم تكرار عملية التحليل الرياضي المركب مرات عدة لتحسين الدقة والجودة، كما يتم التصفية بشكل دقيق لتحديد العناصر الأساسية التي يتم العمل عليها في المجموعات التي يتم التحليل الرياضي لها.