Ein zukunftsorientierter Ansatz ist die Anwendung von Digitalen Zwillingen für die Prozessentwicklung, -optimierung und schließlich während der Herstellung. Digitale Zwillinge sind detaillierte virtuelle Darstellungen von Bioprozessen mit prädiktiven Fähigkeiten. In der Biotechnologie können Digitale Zwillinge verwendet werden, um Prozesse zu überwachen und Daten für die Prozesssteuerung und -optimierung bereitzustellen. Zentrale und entscheidende Komponenten von Digitalen Zwillingen sind mathematische Prozessmodelle, die in der Lage sind, Kultivierungen mit hoher Genauigkeit zu beschreiben und vorherzusagen. Insbesondere detaillierte mechanistische Modelle eignen sich sowohl für den Einsatz in Digitalen Zwillingen als auch für die Entwicklung von Prozesssteuerungsstrategien. In diesem Kapitel werden die Anforderungen beschrieben, die Prozessmodelle erfüllen müssen, um für die Prozessoptimierung und schließlich in Digitalen Zwillingen verwendet zu werden. Verschiedene Modelltypen, einschließlich mechanistischer und compartmentalisierter Modelle, werden skizziert und ihre Anwendung in Digitalen Zwillingen und zur Prozessoptimierung erläutert. Schließlich wird ein strukturiertes, compartmentalisiertes Prozessmodell hervorgehoben, das speziell für die Prozessoptimierung entwickelt wurde und bereits in Digitalen Zwillingen verwendet wurde.