La Ingeniería de Sistemas se ha popularizado como una disciplina que pone especial énfasis en la aplicación de las nuevas técnicas de investigación de operaciones. Estas utilizan modelos matemáticos que describen las interacciones entre los componentes del sistema. Tradicionalmente muchas disciplinas han utilizado modelos físicos en experimentos de laboratorio para estudiar el comportamiento de sistemas reales y las características de varios fenómenos físicos. Sin embargo, los modelos físicos de sistemas complejos, tales como la organización de una empresa multinacional, son demasiado caros y difíciles de construir. Los modelos matemáticos son más flexibles y pueden estar bastante apegados a la realidad. En general, cualquier modelo no es más que la representación de la realidad y por consiguiente no incluye todos los aspectos del problema analizado. Sin embargo, un modelo presenta una descripción más concisa del problema y enfatiza los aspectos más importantes del mismo.
En general, la Ingeniería de Sistemas es entonces una forma de resolver problemas. La solución es un modelo del sistema, una serie de especificaciones para idear, diseñar e implementar el sistema. En ocasiones la solución es la óptima cuando se considera que satisface un "objetivo" de la mejor forma posible; i.e., óptimamente. Por ejemplo, en un modelo de planeación industrial, una solución óptima podría ser la minimización de costos o la maximización de beneficios, según sea el objetivo deseado. Sin embargo, muchas veces, en problemas complejos existen tantas alternativas o buenas soluciones que quizá es imposible evaluar todas ellas para encontrar la mejor u óptima. En estos casos, la estrategia de la Ingeniería de Sistemas es buscar un compromiso entre la "optimalidad" de la solución y el costo de su obtención.
En la actualidad existen dos tendencias filosóficas dentro de la Ingeniería de Sistemas.
Un grupo tiende a enfatizar técnicas matemáticas y analíticas en general, con especial atención en una o dos de las etapas del ciclo de vida del sistema. Este grupo se encarga principalmente del desarrollo de técnicas matemáticas y analíticas, con especial énfasis en algoritmos; generalmente se les atribuye el título de "científicos en sistemas".
El segundo grupo es más heterogéneo, y tiende a considerar los aspectos cualitativos del problema, con igual interés en todas las etapas de la metodología. Este grupo incluye desde "filósofos de sistemas" hasta "Ingenieros de Sistemas", con una educación balanceada en técnicas cuantitativas, modelos, ciencias de la computación, planificación, etc.
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