النموذج الذهني هو تفسير لعملية تفكير شخص ما حول كيفية عمل شيء ما في العالم الواقعي. وهي بمثابة تمثيل للعالم المحيط والعلاقة بين أجزائه المتنوعة والإدراك الحدسي لشخص ما حول أفعاله ونتائج تلك الأفعال. يمكن للنماذج الذهنية أن تساعد في تشكيل السلوك ووضع منهج لحل المشاكل (شبيه بالخوارزمية الشخصية) والقيام بالمهام.
النموذج الذهني هو نوع من الترميز الداخلي أو تمثيل للواقع الخارجي يُفترض أن يلعب دورًا رئيسًا في الإدراك والتفكير وصناعة القرار. اقترح كينيث كرايك عام 1943 أن العقل يبني «نماذج على نطاق صغير» للواقع الذي يُستخدم لتوقع الأحداث.
يُعرّف جاي رايت فوريستر النماذج الذهنية العامة على أنها:صورة العالم حولنا التي نحملها في عقولنا، هي مجرد نموذج. لا أحد يخيل كامل العالم أو البلاد أو الحكومة في دماغه. بل هو اختار فقط مفاهيم، وعلاقات بينها، واستخدمها ليمثل النظام الحقيقي (فوريستر، 1971)يُستخدم مصطلح النماذج الذهنية في علم النفس أحيانًا للإشارة إلى التمثيلات الذهنية أو المحاكاة الذهنية بشكل عام. يُستخدم في أحيان أخرى للإشارة إلى النماذج الذهنية والتفكير المنطقي ولنظرية النموذج العقلي حول تطور التفكير المنطقي التي طرحها فليب جونسون لايرد وروث إم. جاي. بايرن.