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  最簡單型式的前向模型,以給受控體(此處為身體)的運動命令為其輸入,輸出所預測的身體位置。  前向模型的運動命令輸入可以是感知副本(如圖1),輸出(所預測的身體位置)會和身體實際的位置比較。身體實際位置和預測位置的差異來自引入系統的噪聲,可能是內在的(例如不完美的身體感知,感測器噪聲),也可能是外在的(身體受到未預期的外力)。若身體實際位置和預測位置有差異,誤差會再回饋到整體系統,因此可以形成新的運動命令,使運動更加精確。

  逆模型用身體的理想位置和實際位置為輸入,來估算從目前位置移動到理想位置需要的運動命令。例如,考慮手臂到達特定位置的任務,理想位置(或是理想位置的軌跡)輸入到這個逆模型中,逆模型產生控制手臂到理想位置所需要的運動命令(如圖2)。逆模型和自由度問題及運動協調的不受控流形假說(Uncontrolled manifold hypothesis,UCM hypothesis)有密切關係。

  有理論研究提出在運動控制的模式中,若結合逆模型及前向模型,逆模型輸出運動指令的感知副本可以用來作為前向模型的輸入,在後續繼續預測。考慮手臂到達特定位置任務,而且手需抓住物體。手臂運動指令的感知副本可以傳到前向模型,以預測手臂的可能軌跡。根據此資訊,控制器可以產生類似的運動命令,讓手抓住物體。目前已有人提出,若存在上述的機制,結合逆模型及前向模型可以讓中樞神經系統進行想要的動作(讓手臂到達特定位置),精確的到達該位置,而且控制手去抓住物體。

  在假設可以獲取新模型,而且已有的模式可以更新的情形下,感知副本對於移動任務的適應控制非常重要。在移動任務的過程中,會將感知副本送到一個稱為動態預測(dynamics predictor)的前向模型中,其輸出可以預測運動控制的輸出。若將適應控制的技巧用在運動控制中,感知副本會用在間接控制架構中,作為參考模型的輸入。

  內部模型假說的形成是許多科學家貢獻的結果。邁克爾·喬丹、伊曼紐爾·託多羅夫(Emmanuel Todorov)和 丹尼爾·馬克·沃伯特在數學的形式化上有顯著的貢獻。桑德羅·穆薩-伊瓦爾迪、川人光男(Mitsuo Kawato)、克勞德·蓋茨(Claude Ghez)、雷扎·沙德梅赫爾(Reza Shadmehr)、蘭迪·弗拉納根及康拉德·柯爾丁產出了許多的行為實驗。法蘭克·岡瑟和其同仁所發展的,有關言語產生的DIVA模型,就結合了前向模型和逆模型,用模擬語音發音器(speech articulators)來產生聽覺軌跡(auditory trajectories)。有二個受人關注的言語產生逆模型是由Iaroslav Blagouchine和Eric Moreau所發展的。二個模型都結合了最佳原則以及自由度問題(運動命令λ作為內空間的座標)。其輸入運動命令λ可以由在使內空間的路徑最小化而得,可能是在聲學約束下(第一個模型)或是在聲學及力學約束下(第一個模型)。聲學約束和產生聲音的質有關(以共振峰的方式量測),而力學約束是和舌頭本身的剛度有關。第一個模型(其中的剛度是不受控的)符合自由度問題中描述的標準UCM(不受控流形)假說。相反的,有規範剛度的第二個最佳化內部模型,顯示了(至少在合理的剛度範圍內)語言的良好可變性,符合運動協調中提出,較新的UCM假說版本。也有許多有關內部模型的臨床文獻,例如約翰·克拉庫爾、 彼得羅·馬佐尼(Pietro Mazzoni)、毛里斯·史密斯(Maurice A. Smith)、Kurt Thoroughman、Joern Diedrichsen及艾美·巴斯蒂安等人的著作。
在控制理論的領域中,內部模型(internal model)也稱為內模型,是指為了估計系統擾動的影響,而去模擬系統特定輸入下反應的程式。內部模型原則(internal model principle)最早是由控制工程學者弗朗西斯(B. A. Francis)及翁漢(W. M. Wonham)所提出,是科南特(Conant)和阿什比(Ashby)提出良好調節器定理的明確描述。良好調節器定理的觀點和經典控制不同,經典控制的反饋迴路無法明確的針對控制系統建模(雖然經典控制器中多半會包括一個隱式的模型)。