Phương pháp tiếp cận hệ vật liệu dựa trên máy tính gần đây đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu. Tuy nhiên, cần nhớ một cách rõ ràng rằng sử dụng máy tính chỉ mang tính chất thuần túy để phân tích. Trong cách tiếp cận thứ nhất, máy tính chỉ đơn giản là sử dụng như một phương tiện tính toán, tức là như một máy tính, để có được một vài con số ra mà không có sự phát hiện mới mẻ nào từ những tính toán đó. Với cách tiếp cận thứ hai, máy tính có thể được sử dụng để bắt chước hoặc mô phỏng trực tiếp hành vi của một hệ vật lý, với cơ sở là các định luật cơ bản của cơ học thống kê như là tương tác giữa các yếu tố vi mô. Mô phỏng máy tính là cách sử dụng mô hình trên máy tính để bắt trước thực nghiệm được thực hiện trên một hệ thống và có toàn quyền kiểm soát mọi thông số thử nghiệm. Mô phỏng với các thử nghiệm thực sự là một tiềm năng quan trọng, nó cho phép phát hiện những điều mới mẻ từ các định luật vật lý cơ bản.
Thuật ngữ “Monte Carlo” được đặt ra bởi S.Ulam and Nicholas Metropolis. Mô phỏng Monte Carlo là một phương pháp đánh giá lặp đi lặp lại một mô hình nào đó sử dụng bộ số ngẫu nhiên làm đầu vào, phương pháp này thường được sử dụng khi mô hình là phức tạp, phi tuyến, hoặc liên quan đến nhiều thông số. Các dữ liệu tạo ra từ mô phỏng có thể được biểu diễn như là phân bố xác suất, biểu đồ, các dự báo tin cậy, dung sai và khoảng tin cậy. Một sự mô phỏng thường bao gồm 10000 đánh giá của một mô hình, một việc mà trước đây chỉ có thể thực hiện được trên siêu máy tính.