در این رساله، مطالعات آزمایشگاهی برای بررسی عوامل موثر بر فرآیند استخراج با آب دمای زیر بحرانی اسانس¬ها از گیاهان دارویی انجام شده است. با استفاده از روند طراحی آزمایش¬های مختلف، تعداد آزمایش¬ها، صرف هزینه و زمان حداقل شد. هم چنین شرایط بهینه استخراج ترکیب یا ترکیبات مورد نظر مشخص و مقدار بازده بهینه استخراج با سایر شیوه¬های متداول مانند سوکسله و تقطیر آبی مقایسه شد. برای اندازه گیری مقدار دقیق ترکیبات از پیش تغلیظ استخراج با فاز جامد و کروماتوگرافی مایع فشار بالا-فاز معکوس استفاده شد. نتایج بررسی اثرات پارامترها بر مقدار بازده نشان داد که دما و شدت جریان بیشترین اثر را روی بازده استخراج دارند و با افزایش آن¬ها بازده استخراج افزایش می¬یابد. کاهش متوسط اندازه ذرات از یک طرف می¬تواند به دلیل امکان تخریب ترکیبات به دلیل شکست سلولی شبکه گیاهی و امکان اتلاف ترکیبات بدلیل فراریت اسانس¬ها باعث کاهش بازده و از طرف دیگر بدلیل انتقال جرم بهتر ترکیبات به سطح ذرات، باعث افزایش بازده استخراج شود که بسته به نوع گیاه و ترکیبات متفاوت خواهد بود. هم چنین فشار و نسبت طول به قطر استخراج کننده بر بازده استخراج اثر قابل ملاحظه¬ای نداشت. برای غربال¬سازی پارامترهای متفاوت استخراج تیمول از بذر زنیان از معیار طراحی آزمایش فاکتوریل جزئی استفاده شد و برای بهینه سازی دقیق¬تر از معیار طراحی آزمایش رویه پاسخ مرکب مرکزی استفاده شد. برای دانه¬های انیسون با استفاده از طراحی آزمایش پلاکت-برمن دو سطحی اثر همزمان پنج پارامتر بررسی شد. هم چنین پارامترهای موثر استخراج برای بیشترین بازده با طراحی آزمایش بوکس-برمن بهینه سازی شدند. مدل چند جمله¬ای درجه دوم توسعه یافته نشان داد که به طور مطلوبی داده¬های آزمایشگاهی استخراج ترکیبات از گیاهان را تفسیر می¬کند. این مطالعه اولین کار استخراج با آب دمای زیر بحرانی بذر زنیان، انیسون و برگ بابونه می¬باشد. در بخش مدلسازی، مدل ریاضی دو فازی (فاز جامد و فاز مایع دمای زیر بحرانی) با در نظر گرفتن اثر پراکندگی محوری برای شبیه سازی بازده استخراج با آب دمای زیر بحرانی پیوسته اسانس، با استفاده از رابطه تعادلی خطی بکار گرفته شد. این مدل می¬تواند برای مطالعات سینتیکی و ارزیابی اثرات شرایط عملیاتی مختلف مانند شدت جریان، دما و متوسط اندازه ذرات روی بازده فرآیند استخراج مورد استفاده قرار گیرد.