پیل سوختی میکروبی بااستفاده از روش های ریاضی و محاسباتی متنوع، به منظور درک بهتر رفتار پیچیده و بهینه سازی عمل کرد، مدل سازی می شود. در فرایند مدل سازی، تأثیرات مختلفی ازجمله تأثیرات بیولوژیکی، انتقال جرم، انرژی و بار در آند و کاتد مد نظر قرار می گیرد. این مدل ها با درنظرگرفتن مراحل مختلف ماده، شرایط مرزی، رشد میکروبی، سینتیک واکنش در آند و کاتد، رفتار الکتروشیمیایی سامانه، طیف گسترده ای از فرایندها را دربر می گیرد. قدرت یک مدل در توانایی پیش بینی و تعادل میان زمان محاسباتی و دقت نتایج آن نهفته است. هدف این مدل ها ارائۀ یک درک جامع از پدیده های رخ داده در پیل سوختی میکروبی است که شامل طیف وسیعی از فرایندها است. علاوه بر این، مدل ها تأثیرات تغییرات محیطی بر رشد میکروبی، هیدرودینامیک جریان و انتقال الکترون از سطح میکروبی به آند را درنظر می گیرد. این مدل ها برای شناسایی عوامل کلیدی که بر سامانۀ کلی تأثیر می گذارد و بهبود توان خروجی پیل های سوختی میکروبی، ضروری است.