物理建模，是区别于音色采样的重现乐器音色的另一个重大类别。物理建模着重于用合成器的方式，来合成乐器的每一个物理结构与关节，或乐手与乐器的物理接触形式，从而组装出一件乐器最终的声音。物理建模形式的乐器容量极小，但需要 CPU 参与实时演算。不过物理建模形式并不适用于所有乐器，因此还无法占领主流音色市场。