旅游系统的复杂性和行为的非线性特征使得研究者采用系统分析的方法研究旅游现象。基于不同的研究问题所构建的旅游系统的结构与功能各异，不存在一个抽象、确定的旅游系统。

旅游系统主要从微观层面、中观层面、宏观层面和全球层面四个层面来构建。在中观与微观层面所构建的旅游系统主要为狭义的旅游系统模型，其目的聚焦于旅游发展。在宏观层面所构建的旅游系统关注旅游地社会经济环境复杂系统的协同持续发展。在全球层面，旅游系统研究关注全球气候变化与旅游发展。

较有影响力的旅游系统模型包括：①旅游功能系统模型。是最早的旅游系统模型，其强调旅游系统的功能，涵盖供给国家、地区、社区为了满足旅游需求所应提供的一系列服务。在这一模型中，吸引物最为重要。②旅游地理系统模型。从地理学的空间角度定义了旅游系统。模型包括旅游者、旅游业、客源地、旅游通道和旅游目的地五个要素。该模型一方面强调了旅游者与旅游地之间需求与供给的关系，另一方面也强调了旅游的空间和通道系统；从功能结构和空间结构两个层面上讨论了旅游系统，因此成为旅游地理学的基础。③旅游市场营销系统模型。包括市场、营销、旅游目的地和旅行四部分，连接这四部分的是旅游购买、适应需求、旅游销售、形成需求四个单向流。该模型更加强调市场和营销，是一种纯粹商业视角的旅游系统。④旅游活动系统模型。包括客源市场子系统、支持子系统、出行子系统、目的地子系统四大子系统。⑤旅游耦合系统模型。包括客源地、通道、旅游目的地、政府、自然生态环境和社区等几个子系统。⑥生态-经济-社会-旅游模型。认为旅游是社会、经济、生态子系统的相交部分，从更大的系统视角架构了旅游的地位，探讨了旅游与可持续发展的关系。⑦旅游系统层次模型。有学者将旅游系统分为四个层次，按照从宏观到微观顺序，这四个层次分别是旅游与大气系统、旅游与区域系统、旅游目的地系统和旅游产品系统。因系统的层次不同，系统的整体结构、目标、最优方案等也不同。

①旅游系统的结构基础是反馈结构。旅游系统元素之间相互作用，形成反馈，并决定系统行为。反馈结构包括正反馈与负反馈。正反馈强调系统变化趋势的不断增强。旅游的增长来源于正反馈。②旅游系统的存量结构会导致系统行为延迟。正是因为这种延迟，旅游系统中许多的因果关系是经过一段时间才能起作用。延迟的问题使旅游管理变得复杂，许多政策短期有效，而长期却产生意想不到的效果。③旅游系统具有适应和学习的能力。系统内部有着自我调节的运转机制，受到外界的影响时，会产生适应—去影响—新的适应—新的影响的机制。这是一种系统内部要素的学习过程。④旅游系统的分析方法能够提高对旅游复杂现象的把握度；旅游系统通过模拟能够进一步预测和改进政策的有效性。