Forschungsfeld 4 vervollständigt die Forschungsfelder 1-3 durch die Bearbeitung grundlegender Forschungsfragen mit Hilfe von theoretischen Modellen. 
Darüber hinaus werden in Forschungsfeld 4 neue bioinformatische Ansätze und mechanistische Modelle entwickelt, um intra- und interzelluläre Prozesse theoretisch beschreiben und untersuchen zu können. Dabei handelt es sich zum Beispiel  um entwicklungsbiologische Übergänge, Strategien der Ressourcenverteilung, sowie Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroben im Boden.

Forschungsfeld 4 wird zum wissenschaftlichen Verständnis beitragen, indem es alternative „in silico workbenches“ in Form von theoretischen Modellen für die Studien in Forschungsfeldern 1-3 liefert. Diese bioinformatischen und mathematischen Modelle erlauben eine tiefere Interpretation und Einordnung der experimentellen Daten, die in CEPLAS und darüber hinaus generiert werden.

Das koordinierte Zusammenwirken experimenteller und theoretischer Pflanzenforschung wird zu neuartigen Erkenntnissen über die Entstehung und Evolution komplexer Merkmale führen. Des Weiteren werden die entwickelten Modelle Aufschluss darüber geben, wie verschiedene genetische Faktoren und Umweltbedingungen die Leistungsfähigkeit von Pflanzen beeinflussen. Dies wird es erlauben, den Effekt von Manipulationen gezielt vorherzusagen. Durch die Entwicklung überprüfbarer Hypothesen wird Forschungsfeld 4 zum Design neuer Experimente beitragen, und so ein tieferes Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen zu ermöglichen.