In der Wissenschaft ist ein Modellorganismus ein Organismus, der häufig für Studien und Experimente verwendet wird und als repräsentatives Beispiel für eine Klasse von Organismen angesehen werden kann oder eine besonders interessante oder leicht zu studierende Physiologie oder Psychologie hat. Modellorganismen werden auch aus Gründen der Bequemlichkeit und schnellen Reproduktion ausgewählt. Beispiele sind das Bakterium Escherichia coli, der Fadenwurm Caenorhabditis elegans, Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster), Albino-Braunratten (Rattus norvegicus, auch „Laborratten“ genannt), Mäuse (Mus musculus) und Menschen (Homo sapiens). Dies ist nur eine kurze Liste – insgesamt gibt es viele Dutzende von Modellorganismen, von Viren über Pilze bis hin zu Pflanzen und sowohl Wirbellosen als auch Wirbeltieren.
Modellorganismen haben Wissenschaftlern und damit auch der Menschheit enormes Wissen über Biologie und Psychologie vermittelt. Aufgrund von Modellorganismen wissen wir, dass Gehirne aus Neuronen bestehen, Körper rein mechanisch arbeiten (anstatt von einer „Lebenskraft“ belebt zu werden, wie Henri Bergson 1907) argumentierte, wie jedes Organ im Detail funktioniert und wie sich Krankheiten und Mutationen auf den Körper auswirken.
Zum Entsetzen von Tierschützern werden Modellorganismen manchmal durch gewaltsame Experimente gründlich misshandelt oder gequält. Viele Institutionen haben darauf reagiert, indem sie an niedrigeren Modellorganismen experimentierten oder wenn möglich Computersimulationen verwendeten, humanere Experimente durchführten und von Experimenten an höheren Modellorganismen Abstand nahmen, sofern dies nicht unbedingt erforderlich war.
Die Komplexität des vorliegenden Modellorganismus ist in der Regel ein Hinweis darauf, womit er untersucht wird. Nematoden sind zum Beispiel recht einfache vielzellige Organismen und werden oft verwendet, um die Grundlagen der Physiologie zu studieren, wie zum Beispiel die Art und Weise, wie das Gehirn Körperteile steuert. Das Superlativ dafür ist der Nematode C. elegans, der so intensiv untersucht wurde, dass Wissenschaftler wissen, wohin jede Zelle ihres Körpers geht, wie sich diese Zellen während der Embryogenese entwickeln und differenzieren. Komplexere Tiere, wie Katzen oder Ratten, werden für komplexere Studien verwendet, beispielsweise für Studien des Sehvermögens oder subtiler psychologischer Merkmale.