Розроблено та досліджено математичні моделі еколого-економічної взаємодії в коротко- та довгостроковому періодах на мікро- та макрорівнях. На підставі концепції стійкого розвитку та системного підходу до моделювання складних процесів проаналізовано нові статичні, а також на базі міжгалузевих балансових моделей - оптимізаційні динамічні та агреговані моделі взаємодії економіки та екології, що розвивають та доповнюють неокласичні еколого-економічні моделі. Запропоновано модель еколого-економічної та агрегованої виробничої функції, установлено їх властивості. Досліджено задачу побудови оптимальних траєкторій збалансованого еколого-економічного розвитку з урахуванням обмежень на наявні трудові ресурси та виробничі потужності. Установлено існування магістральних розв'язків для цих моделей за умов еколого-економічної рівноваги, а також необхідні та достатні умови існування економічно прийнятних розв'язків. На базі апарату агрегованих еколого-економічних виробничих функцій запропоновано модель нелінійного міжгалузевого балансу.