Mơ hình trọng lực được giới thiệu lần đầu vào năm 1962 bởi Tinbergen, lấy cảm hứng từ định luật vạn vật hấp dẫn của nhà khoa học Isaac Newton. Định luật ra đời vào thế kỷ XVII được phát biểu rằng lực hấp dẫn giữa hai vật thể tỷ lệ thuận với tích hai khối lượng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Ứng dụng vào quan hệ thương mại song phương giữa hai quốc gia, Tinbergen (1962) và Poyhonen (1963) lần đầu phác thảo dạng cơ bản của mơ hình trọng lực như sau:
Tij = GDPi
α * GDPjβ Dijθ Trong đó:
GDPjβ: quy mơ nền kinh tế quốc gia j, đo lường bởi GDP Dijθ: khoảng cách thương mại giữa hai quốc gia
α, β, θ được ước lượng trong mơ hình logarit tuyến tính. Kết quả sơ khởi của mơ hình giải thích được thương mại song phương của hai quốc gia phụ thuộc vào quy mô nền kinh tế và khoảng cách giữa hai quốc gia. Hai đối tác càng lớn thì dịng chảy thương mại sẽ càng mạnh mẽ, ngược lại khoảng cách càng lớn thì thương mại song phương sẽ càng hạn chế. Mơ hình trên giải thích được 70-80% sự khác biệt trong giao thương.
Theo thời gian, mơ hình trọng lực ngày càng được phổ biến và hoàn thiện trong các nghiên cứu thực nghiệm. Năm 1966, Linnermann là người đầu tiên bổ sung nhân tố dân số vào mơ hình, cùng với Oguledo & Macphee (1994), họ chỉ ra dân số có tác động âm đến trao đổi hàng hóa giữa hai quốc gia. Trong khi đó, nghiên cứu Brada & Mendez (1985) và đa số tác giả lại cho ra kết quả trái ngược, dân số nước nhập khẩu lớn hơn dẫn đến tiềm năng nhập khẩu nhiều hơn. Thừa hưởng thành quả từ những nghiên cứu đạt được, mơ hình trọng lực trong thương mại về sau được mở rộng và bổ sung thêm nhiều nhân tố khác, tùy thuộc vào thị trường và lĩnh vực áp dụng, có thể kể đến như nhân tố độ mở nền kinh tế các quốc gia (Ngô Thị Mỹ, 2016; Hatab và cộng sự, 2010); khoảng cách kinh tế và diện tích đất nơng nghiệp như trong các nghiên cứu về nông sản của tác giả Trần Thị Bạch Yến và cộng sự (2015); sự tác động từ các hiệp định thương mại tự do (Lê Quỳnh Hoa, 2017). Đánh giá tổng qt thì ngồi quy mơ nền kinh tế và khoảng cách là hai nhân tố bắt buộc thì các nhân tố được bổ sung vào vô cùng đa dạng. Tựu chung, các nhà khoa học nhận thấy mơ hình trọng lực đã phản ánh đầy đủ bản chất của hoạt động giao thương, thuận lợi trong việc thu thập dữ liệu vì hầu hết các dữ liệu mang tính chất vĩ mơ, dễ dàng tra cứu từ các tổ chức uy tín thế giới như Ngân hàng thế giới (World Bank), UN Comtrade.
Hàm logarit tuyến tính trong mơ hình được tính tốn rõ ràng, có ý nghĩa kinh tế nên cho ra kết quả có tính thuyết phục cao.