Die modellbasierte Versuchsplanung (auch nichtlineare Versuchsplanung oder optimale Versuchsplanung (OVP) genannt) ist eine Methode zur Berechnung optimaler Experimente zur quantitativen Beschreibung von Prozessen mithilfe von (nichtlinearen und dynamischen) Modellen. Im Gegensatz zur viel weiter verbreiteten Statistische Versuchsplanung gehen die unbekannten (und zu schätzenden) Modellparameter nichtlinear in die Modellgleichungen ein. Häufig handelt es sich bei den Modellen um Differentialgleichungssysteme aus der Nichtlinearen Dynamik.