شاخص کیفیت هوا ابزار کلیدی جهت آگاهی از کیفیت هوا، نحوه ی اثر آلودگی هوا بر سلامت و روش های محافظتی در برابر آلودگی هوا است. هدف اصلی این تحقیق مدل سازی و برآورد شاخص کیفیت هوا از طریق شبکه عصبی مصنوعی، درخت تصمیم، رگرسیون خطی چندگانه و رگرسیون مؤلفه های اصلی است. جهت محاسبه شاخص کیفیت هوا از داده های هواشناسی و آلودگی هوای ثبت شده در ایستگاه تجریش و قلهک شهر تهران در دوره زمانی 1385 تا 1390 استفاده شد. به منظور ارزیابی عملکرد مدل های برآوردگر از شاخص های آماری خطا، همبستگی و صحت استفاده شد. نتایج تحقیق نشان داد که مدل شبکه عصبی در هر دو ایستگاه از عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل ها برخوردار است، به نحوی که در ایستگاه قلهک 006/0RMSE=، 004/0MAE=، 99/0 IA=و در ایستگاه تجریش 004/0 RMSE=، 002/0 MAE=، 1 IA=بود. مدل درخت تصمیم بعد از مدل شبکه عصبی عملکرد مطلوبی از خود نشان داد و مدل رگرسیون خطی چندگانه بعد از مدل شبکه عصبی و درخت تصمیم عملکرد بهتری نسبت به مدل رگرسیون مبتنی بر تحلیل مؤلفه های اصلی ارائه نمود. روش تحلیل مؤلفه های اصلی علی رغم آنکه توانست همبستگی بین داده های ورودی و تعداد پارامترهای ورودی به مدل را کاهش دهد باعث بهبود عملکرد مدل رگرسیون نشد.