模型預測控制在實現過程中有3個關鍵步驟，一般被稱為3項基本原理，分別是預測模型、滾動優化和反饋校正。以下分別對這3項基本原理進行介紹。
預測模型：預測模型是模型預測控制的基礎。其主要功能是根據對象的歷史信息和未來輸入，預測系統未來的輸出。對預測模型的形式沒有做嚴格的限定，狀態方程、傳遞函數這類傳統的模型都可以作為預測模型。對於線性穩定系統，階躍響應、脈沖響應這類非參數模型，也可以直接作為預測模型使用。
滾動優化：模型預測控制通過某一性能指標的最優來確定控制作用，但優化不是一次離線運行，而是在線反復進行的。這就是滾動優化的含義，也是模型預測控制區別於傳統最優控制的根本點。
反饋校正：為了防止模型失配或者干擾引起控制對理想狀態的偏離，在新的采樣時刻，首先檢測對象的實際輸出，並利用這一實時信息對基於模型的預測結果進行修正，然后再進行新的優化。