모델은 현실을 어떤 형태(예를 들어 수학적, 물리적, 기호적, 그래프적, 또는 서술적 형태)로 추상적으로 표현한 것으로, 그 현실의 특정 측면을 포착하고 연구 중인 질문에 답을 제공하기 위해 설계된다.
《모델》이란 물질적 또는 관념적으로 구상된 대상으로서, 탐구 과정에서 원래의 대상을 대신하면서도 해당 연구에 필수적인 특정 특징들을 유지하는 것을 의미한다. 모델을 구성하고 활용하는 과정을 모델링이라 한다.
모델이 필요한 이유는 다음과 같다.
- 특정 대상이 어떻게 조직되어 있는지, 즉 그 구조, 내부 관계, 근본적 속성, 발전 법칙, 자기발전, 환경과의 상호작용을 이해하기 위해서;
- 대상이나 과정을 통제하는 법을 익히고, 지정된 목표와 기준에 따라 최선의 통제 방법을 결정하기 위해서;
- 직접적 결과와 간접적 결과를 모두 예측하기 위해서.
과학적 모델링을 이야기할 때는 《모델》과 《이론》이라는 용어의 의미를 명확히 해둘 필요가 있다. 현대 과학 문헌에서 이 개념들은 다양하게 해석되며, 그 경계는 모호하다. 과학 방법론에서는 현재 다음과 같은 해석이 통용된다.
- 모델은 주로 특정 대상의 행동과 속성을 탐구하는 데 지향된 도구로서, 그 대상을 통제하거나 그 속성을 예측하는 것을 목적으로 한다.
- 이론은 모델보다 더 추상적인 도구로서, 단일한 특정 대상이 아니라 대상들의 전체 부류의 행동이나 속성을 설명하는 것을 주된 목적으로 한다. 이론은 유한하거나 심지어 무한한 수의 특정 모델들의 집합을 담고 있다고 말할 수 있다.
특정 모델을 구성할 때는 해당 이론의 법칙과 방정식이 사용된다. 모델은 하나의 대상에 대해 《어떻게?》와 《왜?》라는 질문에 답하지만, 이론은 유사한 속성을 공유하는 대상들의 전체 집합에 대해 그 질문들에 답한다. 다만 복잡한 과정과 현상의 모델을 개발할 때는 서로 다른 분야, 학문, 심지어 지식 영역에 속한 여러 이론의 개념과 관계를 끌어와야 하는 경우가 흔하다는 점에 주의해야 한다.
모델은 상상 속에서, 즉 관념적으로 사고를 통해 구성될 수 있으며, 이러한 모델을 추상적 모델이라 한다. 반면 실제 대상과 과정으로부터 만들어질 수도 있는데, 이 경우 실재적 모델, 물질적 모델, 또는 때로는 물리적 모델이라 부른다. 어느 정도는 추상적 내용을 지닌 실재적 모델 — 기호(표지) 모델이 그 중간적 위치를 차지한다. 모델이라는 개념은 대상 하나에만 관련되는 것이 아니라, 어떤 측면에서는 다음의 것들을 포괄한다: 모델링 작업을 조직하는 주체와 모델링이 수행되는 과제(둘 다 목표를 통해); 모델링되는 원래의 대상; 모델이 만들어지는 수단; 그리고 모델이 작동해야 하는 환경.
《우리는 모델을 단순화된 — 원한다면 압축된 — 지식으로 이해하며, 이는 어떤 대상(현상)에 관한 매우 구체적이고 한정된 정보를 담고 그 속성 중 일부를 반영한다. 모델은 정보를 인코딩하는 특별한 형태로 볼 수 있다. 원천 정보가 모두 알려져 있고 우리가 그것을 단지 다른 언어로 번역하는 통상적인 인코딩과는 달리, 모델은 어떤 언어를 사용하든 사람들이 아직 알지 못했던 정보까지도 인코딩한다. 모델은 사람이 그것을 탐구함으로써 습득하고, 명시적으로 드러내고, 일상생활에서 실용적으로 활용할 수 있는 잠재적 지식을 담고 있다고 말할 수 있다》(N. N. 모이세예프).