Matemaatiline mudel on mudel, mille kirjeldamisel kasutatakse matemaatilist keelt.
Matemaatilised mudelid jaotuvad empiirilisteks ja teoreetilisteks.
Matemaatiliste mudelite koostamiseks kasutatakse väga erinevaid matemaatika valdkondi. Sagedamini kasutatavad on lineaaralgebra, matemaatiline statistika, diferentsiaalvõrrandid, mänguteooria, jt.