Los modelos energéticos de optimización son herramientas fundamentales para la representación y análisis de sistemas energéticos complejos a medio y largo plazo que proporcionan, desde un punto de vista coste-eficiente, soluciones sobre la composición óptima del sistema energético teniendo en cuenta los compromisos medioambientales y las demandas de energía de cada región.
Estos modelos se caracterizan especialmente por contener miles de tecnologías energéticas, actuales y futuras, de todos los sectores de suministro (generación de electricidad y calor, minería, refino, etc..) y demanda (residencial, transporte, industria, comercial y agrícola) perfectamente definidas por sus datos técnicos y económicos. Entre los modelos con los que cuenta el CIEMAT se encuentran los modelos globales ETSAP-TIAM (desarrollado por la Agencia Internacional de la Energía), EFDA TIMES (desarrollado dentro del acuerdo EFDA, European Fusion Development Agreement) y el modelo del sistema energético español TIMES-Spain (desarrollado por el CIEMAT).