Modelorganismen zijn soorten die in wetenschappelijk onderzoek gebruikt worden om biologische eigenschappen en mechanismen te bestuderen. Ze spelen een belangrijke rol in genetisch, ontwikkelingsbiologisch en biomedisch onderzoek. Doordat de fundamentele eigenschappen van organismen in de evolutie vaak hetzelfde zijn gebleven, kan de studie van een enkele soort ons veel vertellen over de biologie van verwante organismen, inclusief de mens.
Modelorganismen zijn vaak uitgekozen omdat ze specifieke eigenschappen hebben die de bestudering gemakkelijk maken, zoals een korte levenscyclus, handzame omvang of snelle opeenvolging van generaties. In sommige gevallen wordt een organisme uitgekozen omdat het in zijn genetica of fysiologie overeenkomt met de mens. Veel ziekteprocessen die geldig zijn in de mens, zijn uitstekend te verklaren en te modelleren in andere gewervelde dieren, zoals de zebravis Danio rerio of de muis Mus musculus.
Vroege experimenten aan de bacterie E. coli wierpen licht op fundamentele moleculair-biologische processen die geldig zijn in alle levende cellen, zoals DNA-replicatie. Onderzoek aan de eencellige gist S. cerevisiae, die nog steeds gebruikt wordt als een modelorganisme voor eukaryotische celbiologie, heeft de moleculaire basis onthuld voor de processen die uniek zijn voor eukaryoten, zoals de celcyclus, signaalroutes en meiose. Van de meeste modelorganismen is het genoom goed bekend, en methodieken om in te grijpen op het DNA zijn vaak goed ingeburgerd.