数学模型是使用数学概念和语言来对一个系统的描述。创建数学模型的过程叫做数学建模。数学模型不只用在自然科学（如物理、生物学、地球科学、大气科学）和工程学科（如计算机科学，人工智能）上，也用在社会科学（如经济学、心理学、社会学和政治科学）上；其中，物理学家、工程师、统计学家、运筹学分析家和经济学家们最常使用数学模型。模型会帮助解释一个系统，研究不同组成部分的影响，以及对行为做出预测。
Eykhoff定义“数学模型”为“对一个现存（或被建构的）系统本质的表述，以能以有用的形式表示出此系统的知识来。”
数学模型可以有许多种的形式，不只限定在动态系统、概率模型、微分方程或赛局模型而已。不同的模型可能有相同的形式，同一个模型也可能包含了不同的抽象结构。
