Y=f(X1，X2，…，XN)(5.5-1)
上式表示的这种函数关系，就称为测量模型，或测量过程的数学模型。
测量模型f代表所使用的测量程序和评定方法，它描述如何从输入量Xi的值求得输出量Y的值。输入量X1，X2，…，XN本身可看做被测量，也可能取决于其他量，甚至包括系统效应的修正值和修正因子，因此，函数关系式f可能非常复杂，以至于不能明确地表示出来。当然，数学模型有时也可能简单到Y=X。例如:用卡尺测量工件的尺寸，工件的尺寸就等于卡尺的示值。
数学模型不是惟一的。采用不同的测量方法和不同的测量程序，就可能有不同的数学模型。例如:一个随温度t变化的电阻器两端的电压为V，在温度为t0时的电阻为R0，电阻器的温度系数为α，则电阻器的损耗功率P(输出量或被测量)取决于V，R0，α和t(输入量)，即:
P=f(V，R0，α，t)=V2/R0〔1+α(t-t0)] (5.5-2)
同样是测量该电阻器的损耗功率P，我们也可采用测量其端电压和流经电阻的电流I来获得，则P的数学模型就变成:
P=f(V，I)=VI (5.5-30)
数学模型可用已知的物理公式求得，也可用实验的方法确定，有时甚至只能用数值方程给出。如果数据表明，f未能将测量过程模型化至测量所要求的准确度，则必须在f中增加其他输入量，即增加影响量。例如:在电阻功率的测量中，增加电阻上已知的温度非均匀分布、电阻温度系数的非线性关系、电阻值与大气压力的关系等，直至测量结果满足要求。
在输入量X1，X2，…，XN中，一类是当前直接测定的量，其值和不确定度得自于单一观测、重复观测，或依据经验的调整等，并可能涉及仪器读数的修正值，以及诸如环境温度、大气压力、湿度等影响量修正值的确定。而另一类则是从外部引入的量，例如:与已校准的测量标准、有证参考物质相关的量，或从手册中查出的参考数据等。
设式(5.5-1)中被测量Y的估计值，即输出估计值为y，输入量Xi的估计值，即输入估计值为xi，则有y=f(x1，x2，…，xN)(5.5-4)
在此，输入值是经过对模型中所有主要系统效应的影响修正的最佳估计值。否则，须将必要的修正值作为独立的输入量引入测量模型中。
对于一随机变量，可以使用其分布方差或方差的正平方根，即标准差，来量度其值的分散性。与输出估计值或测量结果y相关的测量标准不确定度u(y)，是被测量Y的标准差，它是通过与输入估计值相关的标准差，即标准不确定度u(xi)来确定的。与估计值相联系的标准不确定度具有与估计值相同的量纲。在有些情况下，使用相对标准不确定度，即估计值的测量不确定度除以估计值的模，可能更为适当，它的量纲为1。当估计值等于0时，相对不确定度的概念不适用。
