Laajimmassa määritelmässä kaikki tietokannat ovat samat, koska ne tallentavat tietoja, ja tietoja voidaan käsitellä tai hakea. Samaan aikaan jokaisella tietokannalla on määrittelevä näkökohta, jota kutsutaan tietokantamalliksi. Tietokantamalli on tietojen rakenne, ja malli määrää, miten tiedot ovat vuorovaikutuksessa ja miten ne esitetään. Tietokantapäämalleja on viisi, vaikka jotkut tietokannan suunnittelijat luovat malleista hybridejä vastaamaan tietokannan edellyttävän kokonaisuuden tarpeita. Nämä viisi mallia ovat tasainen malli, hierarkkinen malli, verkkomalli, relaatiomalli ja objektimalli.
Litteä tietokantamalli on yksinkertaisin kaikista tietokannoista. Sitä käytetään, kun kaikki tietokannan arvot ovat samankaltaisia ja tallennettavia tietoja on vain pieni määrä. Tämä malli näyttää kaikki taulukon tai laskentataulukon tiedot, ja jokainen rivi on eri tietue. Yleensä tietokannan suojaamiseksi jokaisella rivillä on eri salasana.
Tietokantojen kehittämisen alkuvaiheessa hierarkkinen tietokantamalli oli yksi suosituimmista, ja sitä käytetään edelleen yleisesti vuonna 2011. Tässä tietokannassa jokaisella tietueella on hierarkia laajoista tietueista tiettyihin. Tämä tietokanta on rakennettu vanhempi-lapsi-suhteella, mikä tarkoittaa, että laaja tietue-tai vanhempi-avautuu paljastamaan tiettyjä lapsitietueita. Verkkotietokantamalli on melkein sama kuin hierarkkinen malli, paitsi että useat vanhemmat voivat muodostaa yhteyden samaan lapseen, jolloin tämä malli voi tehdä monimutkaisempia vuorovaikutuksia.
Objektitietokantamalli koskee taulukoiden tekemistä taulukoihin tietokannan yleiskustannusten estämiseksi. Esimerkiksi useimmissa muissa tietokantamalleissa jokainen tietue on koodattava tietokantaan erikseen. Objektimallissa voidaan tehdä päätaulukko ja jokainen taulukon tietue voi sisältää muita vastaavia tietueita. Tämä mahdollistaa samankaltaisten tietueiden koteloinnin erikseen, mikä tekee organisaatiosta helppoa ylläpitää.
Relaatiotietokantamalli on ollut suosituin malli 1970 -luvulta lähtien, koska se pystyy ryhmittelemään tietoja helposti ymmärrettävillä ja helposti soitettavilla tavoilla. Kuten nimestä voi päätellä, tämä malli käsittelee ensisijaisesti tietojoukkojen välistä suhdetta ja löytää yhteyksiä tietueiden välillä, jotta järjestelmänvalvojat voivat helposti kutsua samanlaisia tietoja. Nämä tietokannat käyttävät myös useita eri taulukoita kerralla, ja jokaisella tietueella voi olla avain, joka erottaa sen ja mahdollistaa monimutkaisemmat suhteet.