Một mô hình là sự biểu diễn trừu tượng của thực tại dưới một hình thức nào đó (chẳng hạn, toán học, vật chất, ký hiệu, đồ họa hoặc mô tả), được xây dựng để phản ánh những khía cạnh nhất định của thực tại đó và đưa ra câu trả lời cho các vấn đề đang được nghiên cứu.
Bằng thuật ngữ “mô hình”, ta hiểu là một đối tượng vật chất hoặc được hình thành trong tư duy, mà trong quá trình nghiên cứu, đóng vai trò thay thế cho đối tượng gốc trong khi vẫn giữ lại những đặc điểm cần thiết đối với nghiên cứu đó. Quá trình xây dựng và sử dụng mô hình được gọi là mô hình hóa.
Mô hình cần thiết để:
- hiểu được một đối tượng cụ thể được tổ chức như thế nào: cấu trúc, các mối liên hệ nội tại, các thuộc tính cơ bản, quy luật phát triển, tự phát triển và tương tác với môi trường của nó;
- học cách điều khiển đối tượng hoặc quá trình, và xác định các phương pháp điều khiển tốt nhất dựa trên các mục tiêu và tiêu chí đã xác định;
- dự báo các hậu quả trực tiếp cũng như gián tiếp.
Khi nói về mô hình hóa khoa học, cần làm rõ ý nghĩa của các thuật ngữ “mô hình” và “lý thuyết”. Trong các tài liệu khoa học hiện đại, các khái niệm này được diễn giải theo nhiều cách khác nhau, và ranh giới giữa chúng khá mờ nhạt. Hiện nay, phương pháp luận khoa học chấp nhận các cách diễn giải sau:
- Một mô hình là công cụ chủ yếu nhằm nghiên cứu hành vi và các thuộc tính của một đối tượng cụ thể, với mục đích điều khiển đối tượng đó hoặc dự báo các thuộc tính của nó.
- Một lý thuyết là công cụ trừu tượng hơn so với mô hình, mà mục đích chính là giải thích hành vi hoặc thuộc tính không phải của một đối tượng cụ thể duy nhất, mà của cả một lớp đối tượng. Có thể nói rằng một lý thuyết chứa đựng một tập hợp hữu hạn hay ngay cả vô hạn các mô hình cụ thể.
Khi xây dựng một mô hình cụ thể, người ta sử dụng các quy luật và phương trình của lý thuyết tương ứng. Một mô hình trả lời các câu hỏi “Như thế nào?” và “Vì sao?” đối với một đối tượng cụ thể, còn lý thuyết trả lời các câu hỏi đó cho cả một họ đối tượng có các thuộc tính tương tự nhau. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng khi xây dựng mô hình cho các quá trình và hiện tượng phức tạp, thường cần phải vận dụng các khái niệm và mối liên hệ từ nhiều lý thuyết thuộc các nhánh, ngành, và thậm chí các lĩnh vực tri thức khác nhau.
Mô hình có thể được xây dựng trong tưởng tượng — bằng tư duy, thông qua suy nghĩ — và những mô hình như vậy được gọi là mô hình trừu tượng. Ngoài ra, mô hình cũng có thể được tạo ra từ các đối tượng và quá trình thực tế, khi đó chúng được gọi là mô hình thực, mô hình vật chất, hoặc đôi khi là mô hình vật lý. Theo một nghĩa nào đó, vị trí trung gian được chiếm giữ bởi các mô hình thực có nội dung trừu tượng — tức các mô hình ký hiệu (biểu tượng). Khái niệm mô hình không chỉ liên quan đến đối tượng; ở một số khía cạnh, nó còn bao hàm: chủ thể tổ chức hoạt động mô hình hóa và nhiệm vụ mà việc mô hình hóa được thực hiện (thông qua mục tiêu); đối tượng gốc được mô hình hóa; các phương tiện dùng để tạo ra mô hình; và môi trường mà mô hình sẽ hoạt động trong đó.
“Bằng mô hình, chúng ta hiểu là tri thức được đơn giản hóa — hay nói cách khác, được đóng gói — mang thông tin khá cụ thể, có giới hạn về một đối tượng (hiện tượng), phản ánh một số thuộc tính nhất định của nó. Có thể coi mô hình là một hình thức đặc biệt của việc mã hóa thông tin. Khác với việc mã hóa thông thường, trong đó toàn bộ thông tin nguồn đã được biết và ta chỉ đơn thuần chuyển nó sang một ngôn ngữ khác, một mô hình — dù sử dụng ngôn ngữ nào — cũng mã hóa cả những thông tin mà con người chưa biết đến. Có thể nói rằng mô hình chứa đựng tri thức tiềm ẩn mà con người, qua việc nghiên cứu mô hình, có thể thu nhận, làm rõ, và vận dụng vào thực tiễn cuộc sống” (N. N. Moiseev).