Экспериментальные методы построения математических моделей действующих промышленных объектов характеризуются простотой, малой трудоемкостью, требуют минимальных сведений о сущности протекающих в них процессов, позволяя с приемлемой для практики точностью определять неизвестные параметры модели в узком диапазоне изменения координат. Вследствие этого они получили широкое распространение для исследования объектов автоматизации. Основной недостаток экспериментальных методов заключается в невозможности применения их на стадии проектирования объекта, установить функциональные связи между конструктивными характеристиками объекта и режимными параметрами, входящими в модель. Полученные экспериментальными методами математические описания нельзя распространить на другие однотипные объекты.

Различают активный и пассивный эксперимент. Активный метод исследования заключается в искусственном внесении возмущений в объект по наперед заданной программе, регистрации изменения выходных координат объекта и математической обработке результатов наблюдений для нахождения неизвестных параметров модели. Активный эксперимент применяют в тех случаях, когда уровень помех и флуктуаций входных и выходных переменных невысок, а технологический регламент допускает искусственные возмущения.

Пассивный эксперимент заключается в наблюдении флуктуаций входных и выходных параметров объекта в режиме нормальной его эксплуатации с последующей статистической обработкой опытных данных для идентификации объекта. Пассивный эксперимент применяется в тех случаях, когда технологический регламент не позволяет наносить искусственные возмущения входным координатам или уровень шумов и помех высок по сравнению со значениями допустимых воздействий.