Следуя из определения математико-картографического моделирования можно предположить, что основными методами будут математические и географические.
«Суть математического моделирования заключается в абстрагированном и упрощенном отображении действительности логико-математическими формулами, передающими в концентрированном виде сведения о структуре, взаимосвязях и динамике исследуемых географических явлений» [7]. Эти модели очищены от ненужных деталей и лишних подробностей ради ясности характеристик важнейших свойств и закономерностей. Абстрактность математической модели проявляется даже в характеристике конкретных свойств: в любой формуле указываются лишь величины тех или иных показателей, но не раскрывается их содержание.
Важной особенностью математических методов является невозможность их непосредственного использования для изучения действительности. Они применяются лишь в виде моделей, т.е. в определенных формализованных абстракциях. Математические модели способны хорошо отражать структуру, взаимосвязи и динамику наблюдаемых явлений, но надо неустанно следить за их соответствием свойствам моделируемой действительности.
Большое преимущество этих методов заключается в том, что в «основание» моделей можно закладывать еще не доказанные наукой представления; тогда результаты моделирования позволят судить о научной достоверности теоретических предпосылок и гипотез, об обоснованности интуитивных представлений. Это свойство моделей может использоваться для предсказания новых географических закономерностей и прогнозирования развития явлений и процессов. Наконец, для улучшения результатов моделирования очень важна постоянная корректировка моделей посредством учета и контроля промежуточных данных.
С другой стороны, любая карта представляет собой математически строго определенную формализованную модель, построение которой производится по канонам математической картографии. Хотя на карте моделируемая действительность, так же как и в математической модели, передается в условной знаковой форме, но карта обладает свойством, которое отличает ее от математической и любой другой модели, — она визуализирует территориальную конкретность. Именно это свойство обусловливает образную наглядность картографических характеристик территории и объясняет многовековую традицию и разнообразие направлений использования карт в науке и практике. Карта не только абстрактная знаковая, но также аналоговая модель действительности. Доказательством этому служат многообразие приемов передачи характеристики явлений посредством взаимозаменяемых способов картографического изображения, а также однозначность характеристики конкретных территориальных свойств географической действительности.
Согласно Новаковскому можно выделить три разновидности моделей: математические модели, строящиеся без учета пространственного координирования явлений, и результаты реализации которых, не подлежат картографированию; модели, в которых результаты картографируются, но пространственный аспект не учитывается на этапе реализации математических алгоритмов; модели, в которых без учета пространственного положения явления невозможно реализовать математические расчеты.
Наиболее часто применяемыми являются диффузионные (эмиссионные) модели рассеяния; моделирование поверхностей загрязнения; расчеты различных параметров цифровых моделей «рельефа»; методы многомерных классификаций; методы статистики.