กระบวนการสร้างแบบจำลองอาจมองได้ว่าเป็นการเปลี่ยนผ่านจากแบบจำลองประเภทหนึ่งไปสู่อีกประเภทหนึ่ง โดยทั่วไปจะแบ่งแบบจำลองออกเป็นสามประเภทหลัก ได้แก่ แบบจำลองเชิงความคิด แบบจำลองเชิงเนื้อหา และแบบจำลองเชิงรูปนัย ทั้งสามประเภทนี้ประกอบกันเป็นระดับการสร้างแบบจำลองที่เชื่อมโยงกันสามระดับซึ่งไม่สามารถพิจารณาแยกจากกันได้ อิทธิพลซึ่งกันและกันระหว่างระดับการสร้างแบบจำลองมีความเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของศักยภาพแฝงที่มีอยู่ในแบบจำลอง การสร้างแบบจำลองใดก็ตามย่อมนำมาซึ่งความรู้ใหม่เกี่ยวกับวัตถุที่ศึกษา ซึ่งนำไปสู่การประเมินและปรับปรุงแนวคิดและมุมมองที่มีต่อวัตถุของการสร้างแบบจำลองในระดับต่าง ๆ ใหม่ สถานการณ์นี้ในทางกลับกันก็นำไปสู่การปรับปรุงแบบจำลองเชิงเนื้อหาและแบบจำลองเชิงความคิดที่สอดคล้องกัน ซึ่งทำให้การพัฒนาทุกระดับของการสร้างแบบจำลองของวัตถุที่ศึกษาเป็นไปในลักษณะวนซ้ำแบบก้าวหน้า
เมื่อผู้วิจัยสังเกตวัตถุต้นแบบ ภาพในจิตของวัตถุนั้น — ซึ่งเป็นแบบจำลองในอุดมคติ — จะก่อตัวขึ้นในความคิดของผู้วิจัย ในวรรณกรรมทางวิชาการมักเรียกสิ่งนี้ว่าแบบจำลองเชิงความคิด (แบบจำลองในจิต) ในการสร้างแบบจำลองดังกล่าว ผู้วิจัยมักพยายามหาคำตอบให้กับคำถามที่เจาะจง ดังนั้นสิ่งที่ไม่สำคัญทั้งหมดจึงถูกตัดออกจากโครงสร้างที่ซับซ้อนอย่างไม่สิ้นสุดของวัตถุ เพื่อให้ได้คำอธิบายที่กระชับและรวบรัดมากขึ้น การนำเสนอแบบจำลองเชิงความคิดด้วยภาษาธรรมชาติเรียกว่าแบบจำลองเชิงเนื้อหา
แบบจำลองเชิงความคิดมีลักษณะเป็นอัตวิสัยโดยธรรมชาติ เนื่องจากถูกสร้างขึ้นโดยผู้วิจัยจากความรู้และประสบการณ์เดิม แบบจำลองเหล่านี้สามารถเข้าใจได้ก็ต่อผ่านคำอธิบายเชิงสัญลักษณ์เท่านั้น แบบจำลองเชิงความคิดและแบบจำลองเชิงเนื้อหาไม่เท่าเทียมกัน เนื่องจากแบบแรกอาจมีองค์ประกอบที่ผู้วิจัยไม่สามารถหรือไม่ต้องการอธิบายออกมาเป็นคำพูด ในขณะเดียวกัน หากแบบจำลองเชิงเนื้อหาถูกกำหนดขึ้นโดยผู้อื่น หรือเป็นผลผลิตของความร่วมมือกันหลายฝ่าย การตีความ ระดับความเข้าใจ และระดับความเชื่อถือก็อาจแตกต่างกันอย่างมากในหมู่ผู้ตีความ แบบจำลองเชิงเนื้อหามักถูกเรียกว่าข้อกำหนดปัญหาทางเทคนิค
ตามวัตถุประสงค์เชิงหน้าที่และเป้าหมาย แบบจำลองเชิงเนื้อหาแบ่งออกเป็นแบบจำลองเชิงพรรณนา แบบจำลองเชิงอธิบาย และแบบจำลองเชิงพยากรณ์:
- แบบจำลองเชิงพรรณนา คือคำอธิบายวัตถุในลักษณะใดก็ได้
- แบบจำลองเชิงอธิบาย ตอบคำถามว่าเหตุใดสิ่งหนึ่งจึงเกิดขึ้น
- แบบจำลองเชิงพยากรณ์ อธิบายพฤติกรรมในอนาคตของวัตถุ ควรสังเกตว่าแบบจำลองเชิงพยากรณ์ไม่จำเป็นต้องมีองค์ประกอบเชิงอธิบายรวมอยู่ด้วย
แบบจำลองเชิงมโนทัศน์ คือแบบจำลองเชิงเนื้อหาที่ใช้แนวคิดและการนำเสนอของสาขาวิชาที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาวัตถุของการสร้างแบบจำลองในการกำหนดขึ้น
ในความหมายที่กว้างขึ้น แบบจำลองเชิงมโนทัศน์เข้าใจได้ว่าเป็นแบบจำลองเชิงเนื้อหาที่อยู่บนพื้นฐานของแนวคิดหรือมุมมองที่เจาะจงอย่างหนึ่ง แบ่งแบบจำลองเชิงมโนทัศน์ออกเป็นสามประเภท ได้แก่ แบบจำลองเชิงตรรกะ-อรรถศาสตร์ แบบจำลองเชิงโครงสร้าง-หน้าที่ และแบบจำลองเชิงเหตุ-ผล
- แบบจำลองเชิงตรรกะ-อรรถศาสตร์ อธิบายวัตถุด้วยศัพท์และคำนิยามของสาขาวิชาที่เกี่ยวข้อง โดยรวมข้อความและข้อเท็จจริงที่มีความสอดคล้องเชิงตรรกะที่รู้จักทั้งหมดไว้ด้วย การวิเคราะห์แบบจำลองเหล่านี้อาศัยการให้เหตุผลเชิงตรรกะและความรู้ที่สั่งสมไว้ในสาขาวิชานั้น ๆ
- แบบจำลองเชิงโครงสร้าง-หน้าที่ มองวัตถุเป็นระบบที่บูรณาการกัน ซึ่งถูกแยกย่อยออกเป็นองค์ประกอบหรือระบบย่อยแต่ละส่วน ส่วนประกอบเหล่านี้เชื่อมโยงกันด้วยความสัมพันธ์เชิงโครงสร้างที่กำหนดลำดับการขึ้นต่อกัน ลำดับเชิงตรรกะ และลำดับเวลาของการปฏิบัติงาน มักใช้แผนภาพ แผนภูมิ และแผนที่ในการนำเสนอแบบจำลองเหล่านี้
- แบบจำลองเชิงเหตุ-ผล มักใช้เพื่ออธิบายและพยากรณ์พฤติกรรมของวัตถุ แบบจำลองเหล่านี้มุ่งเน้นหลักไปที่ (1) การระบุความสัมพันธ์หลักระหว่างองค์ประกอบต่าง ๆ ของวัตถุที่ศึกษา (2) การกำหนดว่าการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยบางอย่างส่งผลต่อสถานะขององค์ประกอบของแบบจำลองอย่างไร (3) การทำความเข้าใจว่าแบบจำลองโดยรวมจะทำงานอย่างไร และจะสามารถอธิบายพลวัตของพารามิเตอร์ที่ผู้วิจัยสนใจได้อย่างเหมาะสมหรือไม่
แบบจำลองเชิงรูปนัย คือการนำเสนอแบบจำลองเชิงมโนทัศน์ด้วยภาษารูปนัยหนึ่งภาษาหรือมากกว่า เช่น ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ ภาษาสำหรับการสร้างแบบจำลองเฉพาะทาง หรือภาษาโปรแกรม ในสาขามนุษยศาสตร์ การสร้างแบบจำลองมักสิ้นสุดลงด้วยการพัฒนาแบบจำลองเชิงมโนทัศน์ ในขณะที่ในสาขาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ การสร้างแบบจำลองเชิงรูปนัยมักเป็นสิ่งที่ทำได้จริง
แม้ว่าความสำคัญของแบบจำลองเชิงเนื้อหาและแบบจำลองเชิงรูปนัยในการวิจัยจะได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง แต่บทบาทของแบบจำลองเชิงความคิดกลับถูกประเมินค่าต่ำเกินไปบ่อยครั้ง เนื่องจากลักษณะอัตวิสัยและกระบวนการทางความคิดที่ไม่ได้แสดงออกมาอย่างชัดแจ้ง กระนั้นก็ตาม แบบจำลองเชิงความคิดมีความสำคัญเป็นพิเศษในบริบทที่ผู้ปฏิบัติงานหรือผู้ตัดสินใจต้องพึ่งพาการนำเสนอในจิตของตนเองในการควบคุมวัตถุหรือกระบวนการ แบบจำลองประเภทนี้ยังมีบทบาทสำคัญในสาขาสังคมศาสตร์ด้วย
การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เป็นรูปแบบหนึ่งของการสร้างแบบจำลองเชิงวิทยาศาสตร์ เชิงสัญลักษณ์ และเชิงรูปนัย ซึ่งวัตถุถูกอธิบายด้วยภาษาคณิตศาสตร์และศึกษาผ่านวิธีทางคณิตศาสตร์
แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ออกแบบมาเพื่อการวิจัยเชิงวิทยาศาสตร์ช่วยให้สามารถกำหนดค่าพารามิเตอร์ของวัตถุหรือปรากฏการณ์ที่สร้างแบบจำลองได้จากข้อมูลนำเข้าที่กำหนดไว้ ดังนั้น แก่นแท้ของแบบจำลองดังกล่าวคือการส่งผ่านค่าพารามิเตอร์นำเข้าไปสู่ค่าพารามิเตอร์ผลลัพธ์ มุมมองนี้ทำให้สามารถมองแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เป็นตัวดำเนินการทางคณิตศาสตร์ ซึ่งอาจนิยามอย่างกว้าง ๆ ว่าเป็นฟังก์ชัน การส่งผ่านที่แสดงด้วยสมการเชิงพีชคณิต สมการเชิงอนุพันธ์ สมการเชิงปริพันธ์-อนุพันธ์ หรือสมการเชิงปริพันธ์ อัลกอริทึม ชุดของกฎ หรือตารางที่ช่วยในการกำหนดพารามิเตอร์ผลลัพธ์จากค่านำเข้า
การนิยามแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ผ่านแนวคิดของตัวดำเนินการมีความสร้างสรรค์มากกว่าในมุมมองของการสร้างการจัดประเภทของแบบจำลองดังกล่าว เนื่องจากครอบคลุมความหลากหลายของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่มีอยู่ในปัจจุบันได้อย่างครบถ้วน
ข้อได้เปรียบของการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เมื่อเทียบกับการทดลองทางกายภาพ:
- ความประหยัด (โดยเฉพาะการอนุรักษ์ทรัพยากรของระบบจริง)
- ความสามารถในการสร้างแบบจำลองวัตถุสมมุติ — คือวัตถุที่ไม่มีอยู่จริงในธรรมชาติ
- ความสามารถในการจำลองสภาวะการปฏิบัติงานที่เป็นอันตรายหรือยากที่จะจำลองในสภาพจริง
- ความสามารถในการเปลี่ยนสเกลเวลา
- ความสะดวกในการวิเคราะห์แบบหลายมุมมอง
- อำนาจในการพยากรณ์ที่มากขึ้น เนื่องจากสามารถระบุรูปแบบทั่วไปได้
- ความเป็นสากลของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ใช้ (ระบบการเขียนโปรแกรมและชุดซอฟต์แวร์ประยุกต์อเนกประสงค์)
แบบจำลองสารสนเทศ คือแบบจำลองของวัตถุที่นำเสนอในรูปแบบของสารสนเทศที่อธิบายพารามิเตอร์และตัวแปรที่สำคัญต่อการวิเคราะห์ที่กำหนด ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งเหล่านั้น และปัจจัยนำเข้าและผลลัพธ์ของวัตถุ ซึ่งช่วยให้สามารถจำลองสถานะที่เป็นไปได้ของวัตถุได้โดยการป้อนสารสนเทศเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของค่านำเข้าเข้าสู่แบบจำลอง