Im Zentrum der modellbasierten Ansätze steht der Zustand des Systems. Systeme werden vor allem über mathematische Mittel wie Mengen, Folgen und Relationen definiert. Die Funktionen eines Systems werden darüber angegeben, wie diese den Zustand des Systems ändern. Invarianten werden über Prädikate beschrieben.
Die bekanntesten formalen Spezifikationssprachen sind B, VDM und Z. Alle drei Sprachen sind modellbasiert. Z und VDM sind eher prozedurale Sprachen. B kann als objektbasiert bezeichnet werden. Alle drei Sprachen haben ihre Stärken in der Beschreibung sequentieller Systeme. Für VDM und Z gibt es objektorientierte Erweiterungen VDM++ sowie Object-Z.
Für die modellbasierte Beschreibung nebenläufiger Systeme eignen sich die CSP oder Petri-Netze. In der Praxis werden auch CSP gemeinsam mit sequentiellen Sprachen wie Z verwendet.