Bisher bestehen weltweit keine Frühwarnsystem zur ständigen und flächendeckenden Beobachtung des gesamten Ozeans, mit deren Hilfe Tsunamis entdeckt und verfolgt werden könnten. Modellrechnungen können helfen, die mögliche Ausbreitung eines Tsunami über den Ozean zu bestimmen. Im Tsunami-Frühwarnsystem werden dazu erstmals kontinuierlich Messdaten wie seismologische Parameter, GPS- Messungen von Landverschiebungen und Küstenpegelmessungen des Meeresspiegels in die Modellrechnungen einbezogen. Daraus entsteht ein dynamisch-aktualisiertes Modell, das laufend die Prozesse im Ozean widerspiegelt und deren zukünftigen Verlauf prognostizieren kann. Solche Modell-Prognosen bilden die solide quantitative Grundlage für ein modernes Tsunami-Frühwarnsystem wie GITEWS.

Traditionell wird die Tsunami-Modellierung in zwei Schritte unterteilt: (1) Modellierung der Tsunami-Anregung (Quellmodell) und (2) Modellierung der Tsunami-Ausbreitung (Tsunamimodell) samt Überflutung der Küsten (Auflaufmodell). Die beiden Schritte sind effektiv voneinander entkoppelt. Der physikalische Hintergrund liegt darin, dass der seismische Bruch, der den Meeresboden anhebt und dadurch eine Tsunami-Welle auslöst, in der Regel lokal nicht länger als 1 bis 2 Minuten dauert und aus der Sicht der Wellenausbreitungsphysik als Instant-Anfangsbedinung betrachtet werden kann. Trotz der großen Bedeutung der Wellenmodellierung darf man die Quell-Modellierung nicht unterschätzen: genau dort sammeln sich mehrere Unsicherheiten, die bis zur Küste verdichtet werden und zu einem großen Teil die resultierende Genauigkeit der Frühwarnung bestimmen. Erschwert wird die Berechnung noch dadurch, dass gerade große Erdbeben Bruchlängen von rund Tausend Kilometern haben können und der gesamte Bebenprozess bis zu zehn Minuten dauern kann.

Als dritter Schritt schließt sich in GITEWS eine besonders hochauflösende Simulation der Überflutung für dicht besiedelte Küstengebiete an, um Risikokarten erstellen zu können und im Ernstfall einen schnellen Überblick über die gefährdete Bevölkerung und Infrastruktur zu erhalten.

Im Bebenfall bleiben in Indonesien oft nur wenige Minuten, um über eine Warnung zu entscheiden, denn die Erdbebenzonen befinden sich dicht an den Küsten. Daher wurde für den Sundagraben im indischen Ozean eine Datenbank von Tsunami-Szenarien erstellt, um in Sekundenschnelle aus den Messdaten auf die zu erwartende Gefährdung schließen zu können.