數(shù)學模型是針對參照某種事物系統(tǒng)的特征或數(shù)量依存關系，采用數(shù)學語言，概括地或近似地表述出的一種數(shù)學結構，這種數(shù)學結構是借助于數(shù)學符號刻劃出來的某種系統(tǒng)的純關系結構。從廣義理解，數(shù)學模型包括數(shù)學中的各種概念，各種公式和各種理論。因為它們都是由現(xiàn)實世界的原型抽象出來的，從這意義上講，整個數(shù)學也可以說是一門關于數(shù)學模型的科學。從狹義理解，數(shù)學模型只指那些反映了特定問題或特定的具體事物系統(tǒng)的數(shù)學關系結構，這個意義上也可理解為聯(lián)系一個系統(tǒng)中各變量間內(nèi)的關系的數(shù)學表達。

數(shù)學模型所表達的內(nèi)容可以是定量的，也可以是定性的，但必須以定量的方式體現(xiàn)出來。因此，數(shù)學模型法的操作方式偏向于定量形式。

用字母、數(shù)字和其他數(shù)學符號構成的等式或不等式，或用圖表、圖像、框圖、數(shù)理邏輯等來描述系統(tǒng)的特征及其內(nèi)部聯(lián)系或與外界聯(lián)系的模型。它是真實系統(tǒng)的一種抽象。數(shù)學模型是研究和掌握系統(tǒng)運動規(guī)律的有力工具，它是分析、設計、預報或預測、控制實際系統(tǒng)的基礎。數(shù)學模型的種類很多，而且有多種不同的分類方法。

靜態(tài)和動態(tài)模型

靜態(tài)模型是指要描述的系統(tǒng)各量之間的關系是不隨時間的變化而變化的，一般都用代數(shù)方程來表達。動態(tài)模型是指描述系統(tǒng)各量之間隨時間變化而變化的規(guī)律的數(shù)學表達式，一般用微分方程或差分方程來表示。經(jīng)典控制理論中常用的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)也是動態(tài)模型，因為它是從描述系統(tǒng)的微分方程變換而來的（見拉普拉斯變換）。

隨機性和確定性模型

隨機性模型中變量之間關系是以統(tǒng)計值或概率分布的形式給出的，而在確定性模型中變量間的關系是確定的。

參數(shù)與非參數(shù)模型

用代數(shù)方程、微分方程、微分方程組以及傳遞函數(shù)等描述的模型都是參數(shù)模型。建立參數(shù)模型就在于確定已知模型結構中的各個參數(shù)。通過理論分析總是得出參數(shù)模型。非參數(shù)模型是直接或間接地從實際系統(tǒng)的實驗分析中得到的響應，例如通過實驗記錄到的系統(tǒng)脈沖響應或階躍響應就是非參數(shù)模型。運用各種系統(tǒng)辨識的方法，可由非參數(shù)模型得到參數(shù)模型。如果實驗前可以決定系統(tǒng)的結構，則通過實驗辨識可以直接得到參數(shù)模型。

線性和非線性模型

線性模型中各量之間的關系是線性的，可以應用疊加原理，即幾個不同的輸入量同時作用于系統(tǒng)的響應，等于幾個輸入量單獨作用的響應之和。線性模型簡單，應用廣泛。非線性模型中各量之間的關系不是線性的，不滿足疊加原理。在允許的情況下，非線性模型往往可以線性化為線性模型，方法是把非線性模型在工作點鄰域內(nèi)展成泰勒級數(shù)，保留一階項，略去高階項，就可得到近似的線性模型。