Por varias décadas, en la práctica ingenieril se ha evaluado la influencia del trazado de la carretera en la seguridad vial mediante el análisis de la consistencia; para ello es necesario contar con los perfiles de velocidad de operación del proyecto nuevo o de la carretera existente. Con este fin, generalmente, se emplean modelos de velocidad de operación existentes que fueron desarrollados para otras condiciones, regiones o países. En los análisis de consistencia del trazado es imprescindible contar con la información de la planta, el perfil del proyecto y la velocidad de operación de los vehículos. Una de las principales dificultades y fuentes de error en estos análisis radica en determinar la velocidad de operación. El objetivo del trabajo es desarrollar modelos de predicción de velocidad de operación para Costa Rica que consideren las características del trazado y las condiciones del parque vehicular. El procedimiento seguido incluye una serie de etapas, desde el análisis de las carreteras del territorio hasta el desarrollo de los modelos de predicción del perfil de velocidad y su validación. Como resultado de la investigación se proponen, por primera vez en Costa Rica, modelos de predicción de las velocidades de operación de las rutas nacionales con características rurales en terreno llano. Se demuestra que las ecuaciones propuestas presentan menores errores de estimación si se comparan con algunos de los modelos más usados internacionalmente.