Для изучения урбанизированных систем создано множество моделей, в основу которых положены следующие общие идеи. Во-первых, иерархическая организация урбанизированных систем. Существуют как «горизонтальные» схемы иерархии населенных мест, так и «вертикальные» схемы (П. Хаггет).

В процессе изучения размещения населенных мест Южной Германии в 1930-х гг. В. Кристаллер предложил «теорию центральных мест». Допустив наличие однородной территории, равномерности размещения на ней ресурсов, одинаковой плотности и покупательной способности населения, а также транспортной доступности, он предположил, что населенные пункты на такой поверхности должны располагаться с определенной закономерностью. По его мнению, такой закономерностью было размещение центрального пункта в центре, а соподчиненных ему пунктов в углах шестиугольной решетки.

В дальнейшем немецкий ученый А.Леш усовершенствовал теорию Кристаллера, придав ей больше достоверности за счет увеличения набора видов обслуживания. Более сложная и дифференцированная сеть расселения была названа А. Лешем «экономическим ландшафтом». Американский географ У. Изард модифицировал схемы В. Кристаллера и А. Леша исходя из влияния городских агломераций.

Иерархия населенных мест изучалась через соотношение между рангом и размером городов. В 1913 г. немецкий ученый Ф. Ауэрбах, анализируя эмпирические данные по соотношению людности разных городов, пришел к выводу, что численность населения любого города зависит от его ранга, то есть места в ряду городов страны или региона. Но его исследования не получили широкой известности, а через некоторое время подобная закономерность была выявлена социологом Дж. Зипфом (в другой русской транскрипции Ципф). Эта закономерность получила название «правила Ципфа», или правила «ранг - размер». Это правило можно определигь так: население каждого города стремится быть равным численности населения самого крупно го города системы, деленной на порядковый номер данного города в ранжированном ряду, или передать формулой:

N_r = N ₁ / R ,

где r - ранг данного города. N_r - численность населения города ранга r, N ₁ - численность населения самого крупного города.

Правило «ранг - размер» и его модификации анализировались многими исследователями применительно к разным территориям и историческим периодам. Среди современных исследователей заслуживают внимания работы С.М. Гусейн-Заде, Ю.Р. Архипова. А.А. Важенина и др.

Во-вторых, пространственная неравномерность. Учеными предложены многочисленные модели, цель которых – выявить количественные показатели пространственной неравномерности распределения населения, цен на землю и др. Наиболее известна модель Кларка, которая выражает зависимость распределения плотности населения в городе относительно городского центра. Не менее актуальна проблема распределения цен на землю в городах. Для решения этой проблемы были предложены дифференцированные модели: концентрическая модель Е. Барджеса, секторная X . Хойта, многоядерная Ч. Гарриса и Е. Ульмана. В исследованиях неравномерности городского пространства приобрели значение факторные оценки, в которых важное значение имеет выбор факторов, а также оценка и интерпретация результатов.

В-третьих, пространственное взаимодействие. В результате поиска закономерностей взаимосвязей (перемещение людей, грузов, информации) были разработаны гравитационные модели, использующие фундаментальный закон всемирного тяготения. В качестве массы принимается численность населения. На основе исследований взаимодействия между городами было выявлено важное свойство относительного сжатия пространства между крупными городами («имплозии» городов по Хаггету), благодаря применению скоростных средств транспорта.

В-четвёртых, динамические модели, согласно которым воздействие некоторых процессов, лежащих в основе развития города на взаимосвязанные с ними процессы, можно количественно измерить, сделав определенные допущения и ограничения. Наиболее известна модель Дж. Форрестера. Но, как отмечает Е.Н. Перцик, динамическим или оптимизационным моделям свойственна условность, связанная с трудностью однозначного определения критериев оптимальности и управляющих воздействий, необходимых для их достижения.