Tietokonesimulaatio ja mallinnus kulkevat lähes aina käsi kädessä, koska tietokoneet käyttävät erityyppisiä malleja simulaatioiden suorittamiseen. Kaksi yleisimpiä tietokonesimulaatiossa käytettäviä malleja ovat matemaattiset mallit ja kolmiulotteiset mallit. Tietokonesimulaatio voi käyttää yhtä tai molempia malleja abstraktien tilanteiden luomiseen, joiden tulokset ovat olennainen osa tutkimusta ja kehitystä. Simulointiohjelmisto suorittaa erilaisia tietokonemallien käsittelyjä näiden toimintojen vaikutusten määrittämiseksi. Tietokonesimulaation ja -mallinnuksen sovelluksia on läsnä lähes kaikilla merkittävillä tieteenaloilla, mukaan lukien biologia, kemia ja fysiikka.
Tietokonesimulaation ja mallinnuksen dynamiikka on yksinkertaista – kehittäjät luovat simulaatioita tarpeidensa mukaan ja suunnittelevat simulaatioita varten. Simulaatio on tietokoneohjelma, joka on luotu luomaan tiettyjä tilanteita ja olosuhteita, kun taas malli on simulaatiossa käytetty objekti. Tutkijat luottavat usein tietokonesimulaatioon ja -mallinnukseen tutkiakseen olosuhteita, joita muuten fyysisesti havaitseminen olisi epätodennäköistä – jopa mahdotonta. Fyysikko voi esimerkiksi luottaa simulaatioon määrittääkseen supernovan vaikutukset läheisiin planeettoihin. Kehittäjät ja markkinoijat voivat toisaalta tarvita simulaatiota osoittaakseen tuotteen ominaisuudet, joita fyysisesti ei ole.
Mallit edustavat usein manipuloituja objekteja simulaatiossa; näihin kohteisiin kohdistetaan erilaisia toimintoja, ja vaikutukset tallennetaan tarkasteltavaksi ja esiteltäväksi. Tutkija voi esimerkiksi luoda simulaation tuulen eroosion vaikutusten määrittämiseksi kallioon. Sitten hän luo laskentamallin kalliolle, jossa on matemaattisia esityksiä sen tiheydestä, muodosta ja muista ominaisuuksista. Kun simulaatio suoritetaan, tutkija altistaa kalliomallin tuuliohjelmalle, joka on suunniteltu käytännössä heikentämään kiveä.
Simulaatiossa voidaan luoda malleja myös staattisille objekteille – objekteille, joita ohjelma ei käsittele millään tavalla. Näitä käytetään usein määrittämään ympäristön vakioita ja rajoituksia. Esimerkiksi henkilö, joka suorittaa simulaatiota laserille, voisi luoda mallin ilmassa oleville hiukkasille, jotka saattavat olla laserin reitillä ja mahdollisesti vaikuttaa simulaation lopputulokseen. Tapauksissa, joissa tietokonesimulaatiota ja -mallinnusta käytetään pääasiassa visuaalisiin esityksiin, staattiset mallit voivat edustaa paikkaa, jossa muut mallit liikkuvat, tai toimia kohteina, joita ei voida siirtää.