Les modèles mathématiques sont adaptés aux paramètres variables physiques (profondeur, courants, vagues, température, salinité), chimiques (principalement les hydrocarbures), biologiques (limités aux premiers maillons des chaînes alimentaires) et aux transports de sédiments et d’autres substances (polluantes), comme les hydrocarbures, ainsi qu’au calcul des changements de forme et de composition du fond marin. Ces paramètres variables sont réciproquement liés les uns aux autres, et le coefficient de complexité et d’incertitude suit une ligne ascendante, depuis la physique jusqu’à la biologie et le sédiment. Les résultats obtenus grâce aux modèles sont ensuite soigneusement comparés à toutes les observations effectuées sur le terrain, pendant des campagnes en mer, par des instruments à la surface ou sur le fond et par des satellites. C’est ce que l’on appelle la "phase de validation". Si les résultats obtenus à l’issue de la phase de validation sont insuffisants, cela signifie que les formules mathématiques sélectionnées pour décrire les processus réels ne sont pas satisfaisants. Au contraire, si ces résultats correspondent bien aux observations sur le terrain, cela signifie que les modèles pourront être utilisés non seulement pour la gestion de l’écosystème marin, mais aussi pour prédire certains paramètres. Cela permet de réduire les incertitudes des résultats calculés par le modèle, par exemple grâce à un meilleur réglage des paramètres. Il existe une technique plus pointue : l’assimilation des données, lors de laquelle les prévisions du modèle sont adaptées aux observations durant la simulation. Cette méthode permet aussi de calculer une marge d’erreur.

Ces modèles mathématiques sont d’abord et avant tout des outils de recherche destinés à tester les hypothèses scientifiques de manière virtuelle. Dans un tel cas, nous parlons de modèles en développement. Dès que de tels modèles ont atteint un stade de fiabilité acceptable, nous parlons de modèles opérationnels. Ces modèles peuvent fournir toutes sortes d’informations concernant la mer (prévision de la profondeur, des courants, des vagues…), tout comme les bulletins météorologiques peuvent prévoir le temps.