Kieliopissa semantiikka on tutkimus siitä, miten sanat välittävät merkityksen. Semantiikan teoria yrittää ottaa huomioon sanan tai merkitsijän ja sen kuvaaman reaalimaailman kohteen, idean jne. Välisen suhteen, jota kutsutaan merkityksi tai denotaatiksi. Semantiikan teoriassa on kaksi pääryhmää: formalistinen teoria, joka näkee merkityksen kielen sisältämänä, ja kognitiivinen teoria, joka näkee merkityksen sisältyvän kielen kontekstiin.
Semantiikan teoriat pyrkivät ratkaisemaan vaikeuden, jonka ihmiset kykenevät luomaan ja ymmärtämään lähes rajattoman määrän lauseita, jopa niitä, joita he eivät ole koskaan ennen kuulleet. Vaikka useimmat tiedon tyypit perustuvat muistiin, mieli kykenee ymmärtämään lausuntoja, jotka eivät näytä liittyvän suoraan muistiin. Esimerkiksi mieli pystyy visualisoimaan lauseen “Kirahvi harjaa hampaansa” semanttisen sisällön näkemättä kirahvia harjaavan hampaitaan. Tätä kutsutaan projektio -ongelmaksi.
Formalistinen semantiikan teoria, joka oli erityisen suosittu 1960 -luvulla, määrittelee semantiikan kielelliseksi kuvaukseksi miinus kielioppi; eli kuvaus siitä, mitä kieltä voi kommunikoida ja joka ei suoraan käsittele lauseiden muodostumista. Ensisijaiset semanttiset tiedot ovat tässä mielessä sisältösanoja – sanoja, jotka välittävät jotain kielen ulkopuolisesta maailmasta – toisin kuin funktionaaliset sanat, jotka välittävät kieliopillista tietoa. Formalistinen semantiikan teoria tunnustaa tietenkin, että suhde merkitsijän ja merkityn välillä on mielivaltainen paitsi onomatopoeiassa. Toisaalta tämä teoria näkee merkityksen objektiivisesti sisällytettynä johdonmukaiseen, yhtenäiseen kielijärjestelmään.
Päinvastoin, kognitiivinen semantiikan teoria olettaa, että kielioppi on itse asiassa semantiikan osajoukko eikä erillinen tutkimus. Tämän teorian mukaan kielen merkitys liittyy erottamattomasti kuulijan muistiin ja kokemuksiin. Jopa ainutlaatuisia lausuntoja tulkitaan todellisuudessa muiden muistojen yhteydessä, vaikka lausuman tarkka merkitys on uusi. Esimerkiksi ihmisen kyky visualisoida “Kirahvi harjaa hampaansa” riippuu siitä, onko hänellä semanttisia luokkia, jotka perustuvat aiempaan kokemukseen jokaisesta sen osasta – kirahvi, harjaus ja hampaat. Jos henkilöllä ei ole kyseisiä luokkia tai jos ne eivät täsmälleen vastaa toisen henkilön luokkia, lauseen semanttinen sisältö muuttuu.
Kumpikaan näistä teorioista voi ottaa totuuteen perustuvan lähestymistavan semantiikkaan; eli se voi arvioida lauseen semanttisen sisällön sen perusteella, onko se totta vai epätosi. Formalistisissa lähestymistavoissa semanttisen sisällön katsotaan olevan ”totta”, jos se ei ole ristiriidassa muiden semanttisesti oikeiden lausuntojen kanssa ja siksi se sopii tosiasiatietoon. Kognitiivisissa lähestymistavoissa lausuntoa voidaan pitää paikkansa vain, jos sen voidaan havaita olevan asiayhteydessään.