Plačiausiu apibrėžimu visos duomenų bazės yra vienodos tuo, kad jose saugomi duomenys, o duomenimis galima manipuliuoti arba iškviesti. Tuo pačiu metu kiekvienoje duomenų bazėje yra apibrėžtas aspektas, vadinamas duomenų bazės modeliu. Duomenų bazės modelis yra duomenų struktūra, o modelis nurodo, kaip duomenys sąveikauja ir kaip jie rodomi. Yra penki pagrindiniai duomenų bazių modeliai, nors kai kurie duomenų bazių kūrėjai sukuria modelių hibridus, kad atitiktų subjekto, kuriam reikalinga duomenų bazė, poreikius. Šie penki modeliai yra plokščiasis modelis, hierarchinis modelis, tinklo modelis, reliacinis modelis ir objekto modelis.
Plokščiosios duomenų bazės modelis yra paprasčiausias iš visų duomenų bazių. Jis naudojamas, kai visos duomenų bazės reikšmės yra panašios ir reikia saugoti tik nedidelį kiekį informacijos. Šioje schemoje rodomi visi duomenys lentelėje arba skaičiuoklėje, o kiekviena eilutė yra skirtingas įrašas. Paprastai, kad duomenų bazė būtų saugi, kiekviena eilutė turi skirtingą slaptažodį.
Duomenų bazių kūrimo pradžioje hierarchinis duomenų bazės modelis buvo vienas populiariausių ir vis dar plačiai naudojamas 2011 m. Šioje duomenų bazėje kiekvienas įrašas turi hierarchiją – nuo plačių įrašų iki konkrečių. Ši duomenų bazė sukurta remiantis tėvų ir vaikų santykiais, o tai reiškia, kad atsidarys platus įrašas arba vienas iš tėvų, kad atskleistų konkrečius – vaikų – įrašus. Tinklo duomenų bazės modelis yra beveik toks pat kaip hierarchinis modelis, išskyrus tai, kad keli tėvai gali prisijungti prie to paties vaiko, todėl šis modelis gali atlikti sudėtingesnes sąveikas.
Objektų duomenų bazės modelis yra susijęs su lentelių sudarymu lentelėse, kad būtų išvengta duomenų bazės papildomų išlaidų. Pavyzdžiui, daugelyje kitų duomenų bazių modelių kiekvienas įrašas turės būti koduojamas duomenų bazėje atskirai. Objekto modelyje gali būti sudaryta pagrindinė lentelė ir kiekvienas tos lentelės įrašas gali turėti kitų panašių įrašų. Tai leidžia tuos panašius įrašus įterpti atskirai, todėl organizaciją lengva prižiūrėti.
Nuo pat savo atsiradimo aštuntajame dešimtmetyje reliacinės duomenų bazės modelis buvo populiariausias modelis, nes jis gali grupuoti duomenis lengvai suprantamais ir lengvai iškviečiamais būdais. Kaip rodo pavadinimas, šis modelis visų pirma susijęs su duomenų rinkinių ryšiu ir suranda įrašų bendrumus, kad administratoriai galėtų lengvai iškviesti panašius duomenis. Šiose duomenų bazėse vienu metu naudojamos kelios skirtingos lentelės, o kiekvienas įrašas gali turėti raktą, kuris jį atskiria ir leidžia kurti sudėtingesnius ryšius.