Model deterministyczny to model matematyczny, który danemu na wejściu zdarzeniu jednoznacznie przypisuje konkretny stan. Opis modelu nie zawiera żadnego elementu losowości. Oznacza to, że ewolucja układu w modelu deterministycznym jest z góry przesądzona i zależy wyłącznie od parametrów początkowych lub ich wartości poprzednich.
Model deterministyczny jest użytecznym i najczęściej stosowanym modelem w opisie wielu zjawisk fizycznych, biologicznych, socjologicznych czy ekonomicznych. Stanowi też ważne narzędzie w procesie optymalizacji, znajdując zastosowanie m.in. w ekonomii matematycznej i analizach w zarządzaniu. Często ma on formę układu równań różniczkowych bądź różnicowych.
Przykładem modelu deterministycznego może być wyznaczenie siły na podstawie znanej masy i przyśpieszenia, wyznaczenie opadu na podstawie znajomości temperatury i wilgotności lub określenie liczby ludności na podstawie znajomości liczby domów i mieszkańców w domach, itd.
W szczególnych przypadkach małe odchylenia wartości wejściowych mogą prowadzić do dużych zmian w wynikach końcowych. Mówimy wtedy o modelu chaosu deterministycznego (porównaj efekt motyla). Przykładem modelu chaosu deterministycznego jest np. prognoza pogody (deterministyczne metody wiązek).