Запропонована математична модель основної оптимізаційної задачі, що є багатовимірною, нестаціонарною, лінійною і багатоекстремальною задачею оптимізації параметрів процесу лазерної локальної теплової дії на багатошаровий мікробіологічний матеріал з урахуванням обмежень на результуюче температурне поле біоматеріалу. Здійснена формалізація і систематизація прикладних задач оптимізації, які є частковими випадками основної оптимізаційної задачі. Досліджені специфічні особливості їх математичних моделей, що дозволило обгрунтовано здійснити вибір методів їх чисельної та програмно-апаратної реалізацій. Удосконалено пошуковий метод оптимізації основних параметрів дії лазерного променя в частині врахування специфіки параметрів сканованих лазерних джерел та математичних моделей, що заснований на композиції послідовно вживаних чисельних методів, створюючих обчислювальну структуру.