Mudelipõhine arutluskäik on töötava mudeli ja sellega kaasnevate reaalmaailma vaatluste kasutamine järelduste tegemiseks. See mängib olulist rolli nii tehisloogikasüsteemides kui ka teaduse arutlemises. Mudeli loomine on selle lähenemisviisi aeganõudev aspekt, kuna parimate tulemuste saavutamiseks on vaja muuta mudel võimalikult sügavaks, keerukaks ja üksikasjalikuks. Kui töötav mudel on loodud, võib see vajada ka perioodilisi uuendusi.
Mudelipõhise arutluskäigu näitel võiks ettevõte välja töötada inimkeha toimiva neuroloogilise mudeli. Mudel sisaldab tavaliselt teavet kesk- ja perifeerses närvisüsteemis leiduvate ühenduste võrgu kohta. Andmeid neuroloogiliste probleemide sümptomite kohta saab süsteemi sisse ehitada, kasutades vaatlusi, et luua teadaoleva teabe maatriks. Kasutaja võib mudeliga suhelda, sisestades patsiendi sümptomid, nagu ebaselge kõne ja ebaühtlaselt laienenud pupillid, ning see tooks tagasi potentsiaalse diagnoosi, nagu insult.
Sellistel süsteemidel võib teaduses olla lai valik rakendusi. Kunstlikud süsteemid võimaldavad teadlastel hüpoteese uurida ja testida. Mudelipõhine arutluskäik võib olla ka seiresüsteemi selgroog, mis saadab sisenditel põhinevaid hoiatusi. Kliima modelleerimine võimaldab näiteks arvutitel võtta teavet praeguste ilmastikutingimuste kohta ja käivitada see mudeli kaudu, et saada teavet tärkavate troopiliste tormide ja muude muret tekitavate meteoroloogiliste sündmuste kohta. Mõnede ülesannete automatiseerimine võib võimaldada teadlastel keskenduda teistele teemadele, mis nõuavad keerukamat arutluskäiku.
Sama kontseptsioon võib olla ka mõne teadusliku mõtlemise vormi aluseks. Teadlased säilitavad töömudeleid teaduslike kontseptsioonide, näiteks tektooniliste plaatide toimimise kohta, ning teevad vaatlusi mudeli tugevdamiseks ja toetava teabe kogumi väljatöötamiseks. See võimaldab neil teha järeldusi teaduslike sündmuste kohta, tuginedes sellele, mida nad mudelist ja tehtud tähelepanekutest teavad. Näiteks kui teadlased jälgivad vulkaani, võivad mudelipõhised arutluskäigud lubada neil väljastada evakuatsioonihoiatuse, kui vulkaani käitumine on kooskõlas peatse purskega.
Mudelite väljatöötamine võib võtta aega, kannatlikkust ja paljudest allikatest pärit panust. Mida rohkem punkte on, seda täpsem ja üksikasjalikum on mudelipõhine arutluskäik. See võib aidata modelleerijatel vältida potentsiaalselt kulukaid vigu, näiteks suutmatust ette näha probleemi, mis oleks ilmnenud suurema hulga andmete korral. Kui vaatlused tulevad, saab neid teadmiste kogumile lisada, mis võib kaasa tuua nihkeid mudelisse. Näiteks võib vaatlus tõestada, et mudelil põhinev reegel on tegelikult vale või ei võta arvesse konkreetset muutujat.