數學模型
用數學語言描述的一類模型。數學模型可以是一個或一組代數方程、微分方程、差分方程、積分方程或統計學方程，也可以是它們的某種適當的組合，通過這些方程定量地或定性地描述系統各變量之間的相互關系或因果關系。除了用方程描述的數學模型外，還有用其他數學工具，如代數、幾何、拓撲、數理邏輯等描述的模型。需要指出的是，數學模型描述的是系統的行為和特征而不是系統的實際結構。
模型構成形式分為實體模型（擁有體積及重量的物理形態概念實體物件）及虛擬模型（用電子數據通過數字表現形式構成的形體以及其他實效性表現）。
結構模型
主要反映系統的結構特點和因果關系的模型 。結構模型中的一類重要模型是圖模型。此外生物系統分析中常用的房室模型（見房室模型辨識）等也屬于結構模型。結構模型是研究復雜系統的有效手段。
仿真模型
通過數字計算機、模擬計算機或混合計算機上運行的程序表達的模型。采用適當的仿真語言或程序，物理模型、數學模型和結構模型一般能轉變為仿真模型 [6] 。關于不同控制策略或設計變量對系統的影響，或是系統受到某些擾動后可能產生的影響，是在系統本身上進行實驗，但這并非永遠可行。原因是多方面的，例如：實驗費用可能是昂貴的；系統可能是不穩定的，實驗可能破壞系統的平衡，造成危險；系統的時間常數很大，實驗需要很長時間；待設計的系統尚不存在等。在這樣的情況下，建立系統的仿真模型是有效的。例如，生物的甲烷化過程是一個絕氧發酵過程，由于的作用分解而產生甲烷。根據生物化學的知識可以建立過程的仿真模型，通過計算機尋求過程的穩態值并且可以研究各種起動方法。這些研究幾乎不可能在系統自身上完成，因為從技術上很難保持過程處于穩態，而且生物甲烷化反應的起動過程很慢，需要幾周的時間。但如果利用（仿真）模型在計算機上仿真，則甲烷化反應的起動過程只需要幾分鐘的時間。
用字母、數字和其他數學符號構成的等式或不等式，或用圖表、圖像、框圖、數理邏輯等來描述系統的特征及其內部聯系或與外界聯系的模型。它是真實系統的一種抽象。數學模型是研究和掌握系統運動規律的有力工具，它是分析、設計、預報或預測、控制實際系統的基礎。數學模型的種類很多，而且有多種不同的分類方法。
靜態和動態模型
靜態模型是指要描述的系統各量之間的關系是不隨時間的變化而變化的，一般都用代數方程來表達。動態模型是指描述系統各量之間隨時間變化而變化的規律的數學表達式，一般用微分方程或差分方程來表示。經典控制理論中常用的系統的傳遞函數也是動態模型，因為它是從描述系統的微分方程變換而來的（見拉普拉斯變換）。