Là phương pháp xây dựng mô hình nguyên mẫu ngoài thực tế cho một đoạn bờ biển cụ thể nào đó hoặc các công trình theo tỷ lệ thu nhỏ. Các tác động trong tự nhiên tới bờ biển như sóng, dòng chảy, sự biến đổi mực nước do thủy triều,…được tạo ra trong phòng thí nghiệm với tỷ lệ tương ứng với tỷ lệ mô hình. Các số liệu về mực nước, dòng chảy và sự biến đổi của bờ biển được ghi nhận lại thông qua các thiết bị đo đạc tự động hoặc bán tự động đặt trong mô hình.
So với các phương khác, thì phương pháp mô hình vật lý cho kết quả có độ tin cậy cao hơn nhiều so với các phương pháp khác. Đối với những dự án quan trọng, có vốn đầu tư lớn, phương pháp này thường được sử dụng để kiểm chứng lại các kết quả của phương pháp khác. Tuy nhiên việc xây dựng mô hình vật lý mô phỏng lại các diễn biến bờ biển trong phòng thí nghiệm là một công việc tốn kém và phức tạp. Để có thể xây dựng và sử dụng được mô hình vật lý mô phỏng diễn biến đường bờ thì nơi xây dựng và thí nghiệm mô hình phải được trang bị đầy đỷ các thiết bị thí nghiệm, các thiết bị đo đạc, xử lý, phân tích số liệu đồng bộ và hiện đại,
phải có đội ngũ chuyên gia và các kỹ thuật viên lành nghề và có chuyên môn cao. Hiện nay ở nước ta đã có một số phòng thí nghiệm có các thiết bị tạo sóng, dòng chảy và triều nhân tạo nhưng các thí nghiệm mô hình mới chỉ dừng lại ở mức độ đơn giản, chỉ mô phỏng được trong phạm vi hẹp chứ chưa thí nghiệm được mô hình tổng thể.