Digitale Methoden für Prozessdesign, -überwachung und -steuerung können die klassische Versuch-und-Irrtum-Bioprozessentwicklung in einen quantitativen ingenieurtechnischen Ansatz umwandeln. Durch die Vernetzung von Hardware, Software, Daten und Menschen kann derzeit ungenutztes Prozessoptimierungspotenzial erschlossen werden. Die Schlüsselkomponente innerhalb eines solchen Rahmens ist ein digitaler Zwilling, der mit seinem physischen Prozessgegenstück interagiert. In diesem Kapitel zeigen wir, wie die durch digitale Zwillinge geleitete Prozessentwicklung auf einen beispielhaften mikrobiellen Kultivierungsprozess angewendet werden kann. Die Nutzung digitaler Zwillinge wird entlang eines typischen Prozessentwicklungszyklus beschrieben, der von der frühen Stammentwicklung bis hin zu Echtzeitanwendungen reicht. Anhand einer illustrativen Fallstudie zur mikrobiellen Upstream-Bioprozessierung betonen wir, dass digitale Zwillinge gesamte Prozessentwicklungszyklen integrieren können, wenn der digitale Zwilling selbst und die zugrunde liegenden Modelle kontinuierlich an neu verfügbare Daten angepasst werden. Daher kann der digitale Zwilling als leistungsstarkes Wissensmanagement-Tool und Entscheidungshilfesystem für eine effiziente Prozessentwicklung angesehen werden. Sein volles Potenzial kann in einer Echtzeitumgebung entfaltet werden, in der gezielte Steuerungsmaßnahmen die Prozessleistung weiter verbessern können.