數學模型是針對現實世界中某類事物系統的主要特徵和關係，通過簡化與抽象，使用形式化的數學語言進行概括或近似描述的一種數學結構。它可以通過數理邏輯的邏輯表達式、各種數學方程（如代數方程、微分方程、積分方程等）及圖形、表格等形式來表達。數學模型能夠解釋特定現象的現實狀態，預測對象的未來狀態，或提供處理對象的最優決策與控制。一箇好的數學模型應具備可靠性和可解性，即在允許的誤差範圍內反映出系統特性的內在聯繫，並且易於數學處理與計算。數學模型是對現實原型的一種理想化處理，是科學的抽象過程，具有高度的抽象性與形式化特徵。它不僅限於數學領域，還廣泛應用於自然科學、工程技術和社會科學的各個領域。
從廣義上理解，數學模型包括數學中的各種概念、公式和理論，因爲它們都是從現實世界的原型抽象出來的。從狹義上理解，數學模型特指那些反映了特定問題或特定事物系統的數學關係結構，表達系統中各變量間的關係。數學模型的內容可以是定量的，也可以是定性的，但必須以定量的方式體現出來。