Biomatemātikas pamatā ir vairākās matemātiskās un fizikālās teorijas. Augsmes ierobežojumu teorija (limits to growth theory) pēta ekonomikas un iedzīvotāju skaita pieaugumu ierobežotu resursu piegādes gadījumā. Diferenciālo vienādojumu teorija (differential equations theory) pēta matemātiskās sakarības, kas saista un raksturo nezināmas funkcijas un to atvasinājumus. Dinamisko sistēmu teorija (dynamical systems theory) pēta, kā objekta(-u) stāvoklis attīstās laika gaitā – nepārtraukti vai diskrēti. Fraktāļu teorija (fractal theory) pēta ģeometriskās figūras (kontūras), kas precīzi saglabā savu apveidu neatkarīgi no tā, kā tiek palielināts vai samazināts attēls (piemēram, krasta līnija, mākonis, koks). Kategoriju teorija (category theory) formalizē matemātiskas struktūras un tās konceptus grafiskā veidā, izmantojot objektiem un to savstarpējām attiecībām simbolu un bultiņu apzīmējumus. Kinētisko reakciju teorija (reaction kinetics theory) pēta ķīmisko procesu tempu. Kopu teorija (set theory) pēta kopas un to īpašības, kur kopa ir galīga vai bezgalīga skaita objektu kopums, kuriem piemīt noteiktas īpašības. Membrānu teorija (membrane theory) jeb M-teorija apvieno un pēta visas superstīgu teoriju secīgas versijas. Neironu tīklu teorija (neural network theory) pēta skaitļošanas modeļus, kurus veido liels skaits paralēlu vienkāršu skaitļošanas elementu un kuri apmācības ceļā iegūst funkcionalitāti. Sistēmu teorija (systems theory) pēta jebkura veida savstarpēji saistītu komponenšu kopas, kas sakārtotas pēc attiecībām ar noteiktām īpašībām. Šādas kopas raksturo vienotība, kas izpaužas kopu funkcijās. Sarežģīto sistēmu teorija (complex systems theory) ir sistēmu teorijas turpinājums un paplašinājums. Sistēmu sauc par sarežģītu, ja, risinot uzdevumu, jāņem vērā liels skaits elementu, kas savstarpēji sadarbojas, saišu starp elementiem sarežģītais raksturs un daudzveidība, sarežģītu funkciju izpildīšana, sistēmas vadība un intensīvas informācijas plūsma. Svārstību un viļņu teorija (oscillators and waves theory) pēta svārstību un viļņu parādības dabas sistēmās.