є системою таких співвідношень між заданими й пошукуваними величинами, котрі виражені математичними формулами в явному вигляді. Завдяки цьому аналітичні моделі особливо зручні для аналізу властивостей розв’язків, а також для розрахунків. За сприятливих умов розв’язки аналітичних моделей вдається одержати в явному вигляді за допомогою лише алгебраїчних формул – такий розв’язок називається аналітичним . Зазвичай аналітичні моделі є рівняннями чи нерівностями різного типу (алгебраїчними, диференційними, різницевими, інтегральними, функціональними). Однак не завжди зв’язки між величинами можна виразити формулами (наприклад, єдиним доступним способом задавання залежності однієї величини від іншої може бути алгоритм розрахунку значення функції за значеннями її аргументів). Навіть, якщо це вдалося, побудувана таким чином аналітична модель не обов’язково має аналітичний розв’язок або він залишається не знайденим. Тоді модель досліджують засобами числового анал