Современная теория межрегиональных экономических взаимодействий, или взаимодействия региональных экономик, включает в себя и интегрирует разные теории размещения производства и производственных факторов, межрегиональных экономических связей, распределительных отношений. Она  использует результаты теории общего экономического равновесия и международной экономической интеграции. Математической базой теории являются многоцелевая оптимизация, теории кооперативных игр, группового сбора и др.

Широкая теоретическая платформа достаточна  для применения не только для анализа взаимодействий регионов внутри одной национальной экономики (республик бывшего Союза ССР и регионов современной России). Она применима также для анализа перехода к взаимодействию новых национальных экономик (стран СНГ и Балтии как бывших регионов СССР), так и для анализа трансформации регионов национальных экономик в региональные экономики межгосударственных союзов (регионов Европейского союза, а в будущем, возможно, регионов России и других стран как регионов нового Союза). Таким образом, понятие «регион» имеет качественную трансформацию, переходя от региона страны к госу­дарству и от региона национальной экономики к региону межгосударственного союза.

В системном анализе межрегиональных взаимодействий важнейшую роль играют три фундаментальных понятия: оптимум Парето, ядро, экономическое равновесие. Оптимум Парето в многорегиональной системе – это множество вариантов развития экономики, которые не улучшаются для одних регионов, если не ухудшаются положения других. Но различные оптимальные по Парето варианты выгодны для отдельных регионов в различной степени и существует также возможность, что какие-либо регионы, действуя самостоятельно или в коалиции с другими регионами, могут достичь более выгодных для себя состояний. Более значительным требованием к выбору взаимовыгодных вариантов для регионов является условие принадлежности к ядру.

Ядро многорегиональной системы  – это множество вариантов развития, в осуществлении которых заинтересованы все регионы в понятии, что им невыгодно выделяться из системы, образуя коалиции. При образовании ядро состоит только из оптимальных по Парето вариантов.

Понятие экономическое равновесие в многорегиональной системе допускает много модификаций. Так, каждый регион находит оптимальное решение исходя из интересов своего населения и при определенных условиях общего рынка (ценах обмена, тарифах, налогах и т.д.) сочетание региональных решений дает сбалансированное решение для всей системы регионов. Естественным случаем экономического равновесия в системе регионов является тот, при котором для каждого из них сальдо межрегионального обмена, измеряемого в ценах равновесия, равно нулю.

На рис. 2.1 представлено соотношение фактического, гипотетического и потенциального состояний в двухрегиональной системе. Здесь предположено, что органы регионального управления, выражающие интересы населения своего региона, стремятся найти такие экономические решения, которые при имеющихся возможностях наилучшим образом удовлетворяют потребности населения, то есть максимизируют его благосостояние.

Если каждый регион хозяйствует автономно, не вступая в межрегиональное сотрудничество, то максимально достижимыми значениями целевых показателей будут f₁⁰ и f₂⁰, а точка Е характеризует состояние фактического развития обоих регионов.

Пусть уровни удовлетворения потребностей населения регионов 1 и 2 измеряются целевыми функциями, или целевыми показателями f₁ и f₂. Это могут быть, например, значения выбранного макропоказателя валового внутреннего продукта (ВВП), конечного потребления. Если F – фактическое состояние, достигнутое в наблюдаемом году, то для региона 1 фактическое значение f₁ есть сумма f₁⁰ + ЕН, а для региона 2 фактическое состояние f₂ есть сумма f₂⁰ +  EG. При этом ЕН – величина эффекта, получаемого регионом 1 от кооперации с регионом 2 («вклад» региона 2 в целевой показатель региона 1); ЕС – величина эффекта, получаемого регионом 2 от кооперации с регионом 1 (вклад региона 1 в целевой показатель региона 2). Максимально достижимые значения целевых показателей (рис. 2.1) характеризуются кривой АВ, представляющей оптимум Парето, на которой каждая точка кривой – вариант, который нельзя улучшить для одного из регионов, не ухудшая положения другого. Варианты, принадлежащие кривой АВ, предпочтительнее всех находящихся внутри множества АОВ, но для региона 1 невыгодны варианты, лежащие левее точки С, а для региона 2 – лежащие ниже точки D. Регионы заинтересованы только в таком экономическом сотрудничестве, когда оно обеспечивает им дополнительный эффект. Этим свойством обладает множество вариантов CED.

Кривая CD включает варианты с наибольшим выигрышем от экономического сотрудничества, она и является ядром двухрегиональной системы. Точка М соответствует экономическому равновесию (торговые и платежные балансы имеют нулевое сальдо в ценах равновесия). Остальные точки ядра CD соответствуют вариантам взаимовыгодного и одновременно неэквивалентного обмена, при этом точки кривой CD, лежащие правее точки М, более предпочтительны для региона 1, а точки, лежащие левее М, более предпочтительны для региона 2.

Для вычисления рассмотренных оптимальных состояний и эффектов межрегиональных взаимодействий используются многорегиональные и многоотраслевые модели, информационную основу которых составляют национальные и региональные межотраслевые балансы. Измерение влияния межрегионального товарообмена на показатели региональ­ных экономик осуществляется посредством специальных экспериментов на этих математических моделях.