Материальные модели в свою очередь могут быть разделены на три основные группы. Первая группа представляет собой сооружения, создаваемые для того, чтобы воспроизвести или отобразить пространственные свойства или отношения объекта. Отношение этих моделей к объекту характеризуется геометрическим подобием как обязательным условием. К этой группе относятся различные макеты (например, макеты домов, застройки городов, муляжи и т.д.), компоновки (расположение оборудования в цехах завода), пространственные модели молекул, кристаллов в химии и т.п.

Вторая группа состоит из моделей, создаваемых с целью воспроизвести не только и не столько пространственные свойства натурного объекта, сколько динамику изучаемых процессов, различного рода зависимости и закономерные связи, структуры и, следовательно, величины, параметры и другие характеристики, выражающие различное содержание и сущность изучаемых явлений. Основой модельного отношения является здесь физическое подобие модели и объекта, предполагающее одинаковость или сходство их физической природы и тождественность законов движения. Отношение таких материальных моделей к отображаемой системе (натуре) может быть не более как изменением пространственной или временной шкалы. Примером моделей, основанных на изменении пространственной шкалы, являются модели плотин, кораблей, гребных винтов, самолетов и т.п. Такой же характер имеет использование мелких животных вместо крупных в биологических экспериментах. С таким положением мы сталкиваемся в технике при моделировании, например, явления просачивания нефти, откачиваемой через скважины. Благодаря моделям, основанным на изменении временных масштабов, можно экспериментально изучать явления, длящиеся в промежутки времени, во много раз превышающие время жизни не только отдельного человека, но и всего человечества.

К третьей группе материальных моделей относятся системы, не обладающие с объектом одной и той же физической природой и не сохраняющие с ним физического и геометрического подобия. Здесь отношение между моделью и реальным объектом является отношением аналогии. Эта аналогия может быть структурной или функциональной (изоморфизм или изофункционализм), что находит свое выражение в наличии одинакового математического формализма, которым описывается поведение этих систем, различных по своей физической природе, по конкретным (физическим, химическим, биологическим и т.д.) законам, но сходных по каким-то более общим законам строения или функционирования. Поэтому эти модели называются математическими. К ним относятся всевозможные аналоговые модели (например, электрические модели механических, тепловых, акустических, биологических явлений и т.п.), структурные и цифровые модели, а также различные кибернетические функциональные модели.

Отличие кибернетических моделей от других материальных моделей или моделирующих технических устройств состоит в том, что они представляют собой системы, управляемые посредством обратной связи, т.е. системы, обладающие различными каналами обратной связи, по которым поступает информация от исполнительного органа в управляющий, благодаря чему поддерживается определенная направленность поведения системы при изменяющихся внешних условиях.

Существенной особенностью кибернетических моделей в отличие от других видов математического моделирования является то, что комплекс моделируемых явлений и процессов не сохраняет в них своей физической природы, как в физических моделях, и может не сохранять также своей структуры, как в аналоговых моделях, а отображается, воспроизводится только со стороны некоторых зависимостей, форм поведения или результатов. Другими словами, отношение кибернетических моделей к моделируемым объектам основано главным образом (хотя и не исключительно) на сходстве, одинаковости поведения и функций сложных систем, могущих различаться во всех других отношениях (изофункционализм).

Действующие, или материальные, модели неразрывно связаны с воображаемыми, или идеальными, моделями главным образом потому, что человек, прежде чем построить модель из каких-либо материалов, мысленно представляет себе, теоретически обосновывает, рассчитывает её. Маркс говорит, что «самый плохой архитектор от наилучшей пчелы с самого начала отличается тем, что, прежде чем строить ячейку из воска, он уже построил её в своей голове. В конце процесса труда получается результат, который уже в начале этого процесса имелся в представлении человека, т.е. идеально». Эти слова Маркса вполне можно применить и к характеристике мысленных, или идеальных, моделей. Последние, прежде чем воплотиться в действительность и стать благодаря практической деятельности материальными моделями, существуют первоначально в человеческой голове как образы этой действительности, как некоторые теоретические схемы. В этом смысле они и могут быть названы идеальными (или воображаемыми, как их называли физики прошлого века).

Следует подчеркнуть, что модели этого рода остаются мысленными, идеальными даже в том случае, если они воплощены в какой-нибудь материальной форме, в виде рисунка, чертежа, схемы или просто системы знаков. Идеальный характер этих моделей не ограничивается только тем, что они выступают в виде модельных представлений, что они конструируются мысленно, в голове. Эти модели могут быть названы идеальными также и потому, что даже тогда, когда их элементы и отношения зафиксированы при помощи знаков, рисунков или других материальных средств, все преобразования в них, все переходы в другое состояние, все преобразования элементов осуществляются мысленно, т.е. в сознании человека, который опирается при этом на определенную семантику и пользуется логическими, математическими, физическими и другими специфическими правилами и законами. Без этого такие рисунки, чертежи, системы знаков и другие конструкции лишаются смысла и вообще значения моделей как образов действительности.

Однако особенностью идеальных моделей является то, что они не всегда и не обязательно воплощаются в действительности, хотя это и не исключено. Большинство таких моделей и не претендует на материальное воплощение. Так, например, Д. К. Максвелл, создавая свою знаменитую модель электромагнитного поля и изображая силовые линии в виде трубок с переменными сечениями, по которым течет абсолютно несжимаемая, лишенная инерции жидкость, подчеркивал, что эта жидкость является воображаемой. Употребление термина «жидкость» не введет нас в заблуждение, если мы будем помнить, что оно означает только воображаемую субстанцию со следующим свойством. Любая часть жидкости, занимающая в какой-нибудь момент данный объем, в каждый последующий момент будет занимать такой же объем». Таким же воображаемым, или идеальным, характером отличаются и модели атома (например, модель Бора-Зоммерфельда), современные (капельная, оболочечная, оптическая и др.) модели ядра.

С указанной здесь точки зрения к идеальным следует отнести и те кибернетические модели, которые представляют собой мысленные построения для решения определенных задач. К числу подобных моделей относится, например, «машина» Тьюринга, которая по существу является мысленной моделью некоего алгоритма или вычислимой функции. Такой же характер идеальной, воображаемой модели имеет обсуждаемая Тьюрингом «машина», способная «мыслить».

Подобно тому как материальные модели могут различаться по сохранению или несохранению геометрического подобия и физического тождества с изучаемым реальным объектом, так и идеальные модели различаются по некоторым признакам. Если рассматривать эти модели только с точки зрения способа их построения (формы), можно разделить все идеальные модели на две основные и одну промежуточную группы. К первой основной группе относятся образные, или иконические, модели, построенные из чувственно-наглядных элементов, таких, как, например, упругие шары, рычаги, пружины, потоки жидкости, вихри, движения тел по траекториям и т.п. При этом предполагается, что эти чувственно-наглядные элементы построения модели имеют какое-то сходство с соответствующими элементами моделируемого реального явления. Это сходство не ограничивается сходством пространственных отношений элементов модели и элементов объекта, но распространяется и на характер движения и другие разнообразные свойства. Такова, например, упомянутая выше максвелловская гидродинамическая модель, в которой силовые линии были представлены в виде трубок, по которым течет несжимаемая жидкость, так что поток жидкости в трубках представлял напряженность силы, а его направление – направление этой силы. В этой модели существует не только сходство между системами отношений в модели и объекте, но и некоторое частичное сходство между элементами этих систем. Такие модели являются как бы иллюстрацией, сделанной в образах известных нам явлений, для изображения новой, малоизвестной или недоступной нам области явлений. По мнению Максвелла, благодаря такому методу можно наглядно представить себе не только движение такого рода «жидкости», но и «законы притяжения и индуктивных действий магнитов и токов».