Виконати теоретичні дослідження означає спробувати розв'язати поставлену задачу теоретичним шляхом. Тому в багатьох випадках виконання теоретичних досліджень зводиться до складання і розв'язання математичної задачі, яка базується на конкретних фізичних законах зміни процесів і явищ. Із цієї точки зору фізичні закони можна розділити на дві групи:

 — закони збереження (енергії, заряду, імпульсу та ін.);

 — закони руху (механічного,  електричного, теплового та ін.).

На основі законів статики (першої групи) складаються рівняння балансу, а на основі законів другої групи — рівняння руху, тобто динаміки, які описуються диференціальними рівняннями.

Залежно від виду об'єкта досліджень, складності процесів його функціонування для побудови математичної моделі може використовуватись математичний апарат різної складності. У найпростіших випадках процеси описуються простими алгебраїчними рівняннями. Але якщо певне явище або процес доцільно розглядати в динаміці, застосовують апарат диференціальних рівнянь (звичайних або з частковими похідними).

Варто  зазначити, що математична підготовка спеціаліста,  який хоче самостійно виконувати теоретичні дослідження технічних процесів, повинна бути досить високою. Поряд з класичними розділами математичного аналізу  для дослідження процесів оборобки с.г сировнини часто застосовують сучасні, порівняно нові, розділи математики: лінійне, нелінійне, динамічне програмування, теорія гри і статистичних розв'язків, теорія масового обслуговування, метод кінцевих елементів, теорія катастроф та ін. Особливо варто підкреслити необхідність знань теорії ймовірностей. Це пояснюється тим, що більшість процесів харчової промисловості відбуваються в умовах неповної визначеності, їх хід та результат залежать від випадкових факторів. Методи теорії ймовірностей дають можливість ефективно аналізувати і перетворювати одержану інформацію,  тобто за відомостями про одні явища, які доступні для досліджень, робити висновки про інші, що недоступні.

У найскладніших випадках, коли процеси дослідження та їх результати залежать від великого числа факторів, які  складно взаємодіють  між собою, аналітичні методи взагалі неприйнятні. Тоді  застосовують метод статистичного моделювання (Монте-Карло), про який йтиметься далі. Ідея цього методу  полягає в тому, що процес дослідження  відтворюється на ЕОМ з усіма випадковостями, що його супроводжують.