相关的一个主题是符号系统的形式化，这在前面的论述中也有所涉及。符号系统的形式化特征首先是指所用的符号都是抽象的，基础符号往往就是一个字母，或特别构造的单独符号，或者这些符号简单的组合；其次是指符号会形成一种演算的系统。形式化的符号系统，其中的符号表达可以脱离其语义，只从符号的形式来理解与操作。形式化首先是在数学、现代逻辑、形式文法等符号系统实现，然后这一特征随着它们的应用扩散开来。

符号系统的形式化有时看作公理化的进阶，这种说法源自几何学。公理系统最早在几何学出现，在希尔伯特的推动下，几何公理系统首先尝试实现形式化（参阅“5.3公理系统”一节）。然而，我们在使用阿拉伯数字的算术几百年后，才有皮亚诺的算术公理；从修辞代数到符号代数的过程也与公理化无关；微积分的符号选择同样如此。形式化应该另有原因。

形式化的符号系统经常被类比于一种棋牌游戏，比如中国象棋。在中国象棋里，“象”是叫“象”，还是叫“狗”，或叫“泥土”，并没有什么实质影响；“象”的棋子是塑料的、陶瓷的、还是别的什么材料也没有什么影响；你会对“象”这一棋子产生什么联想，也没有影响。只要这类棋子能与其他的棋子区别开来，大小合适，开始时位于自己的固定位置，操作时只能走“田”字，不可跳过界河就可以。掌握象棋里所有棋子的行走规则，以及杀棋、输赢等规则，你就可以去下棋了，至于下棋的水平是另外一回事。其实传统计算工具的使用就有这种性质，只是现今的人类对传统计算工具操作已没有什么体验。比如使用算盘时，我们对其上木珠的操作只需条件反射地按口诀操作就可以，并不需要考虑到操作背后还有什么意义。这种操作的机械性同样转移到了符号系统的算术上。

正是计算所具有的形式与机械的性质，带来了符号系统的形式化。数学里建立的各类型计算，主要是确定这些计算的规则，这些规则是一些等价关系的表达式，表示的是纯粹符号或表达式间的关系，无需去理解其中符号、表达式的意义，只从物理的形式就可以进行匹配与替换操作；也可以说计算可进行的操作已外化为符号的表示。在此意义下，计算对象只是按规则操作的符号，符号的使用主要是进行计算，追求计算对象、计算类型等的简洁表示也成为必然。所涉及的计算都成熟到具备形式与机械的性质，演绎性的符号系统就可以实现形式化。形式化的符号演绎系统性质上接近于一种物理运行系统，只是这里的物理存在是纸面上的符号，所涉及的运动是基于规则在纸面对书写符号的操作。

不是所有的符号计算都像算术的计算一样，有实物操作的起源。说现代逻辑，形式文法等通过模仿数学来发展，主要指这些分支里也能成功建立起规则性的符号计算，这是数学化方法的本质所在。建立基于计算的符号系统，刻画出最初所面向的对象及其关系。然后，更复杂的计算对象与计算类型可由简单的计算对象与计算类型构造，这是数学的一种发展方式。

在解析几何出现前，传统的几何没有像数学的其他分支那样，建立起专门的计算对象与计算类型，其中的对象符号仍是图形、自然语言词汇与专用符号的混合，其系统的构建是直接应用逻辑。几何公理系统能够形式化，因为现代逻辑本身也可以是形式化的计算系统。希尔伯特倡导各个数学分支建立形式化公理系统的另一层意义是以此保障数学内容的可靠，这种严谨性的追求是推动数学健康发展所需的另一个方面。公理系统的形式化，演绎只是逻辑的过程，这种一般化的处理用于其它数学分支时，有可能淡化原生系统对源问题域的对象与关系的刻画，从而使系统变得更加难以理解。