El reciclaje de productos tiene un gran impacto en las estrategias comerciales sostenibles contemporáneas. En este estudio, se introduce un proceso de reciclaje sostenible en un modelo de producción-inventario para un sistema de producción imperfecto con una proporción fija de productos defectuosos reciclables. Se consideran las tasas de demanda constantes por tramos de los artículos no defectuosos bajo el tiempo de producción, el tiempo de inactividad de producción con stock positivo y el tiempo de inactividad de producción con escasez bajo condiciones variables. Basado en el proceso de producción, se estudian dos casos utilizando este modelo. El primer caso no considera procesos de reciclaje, mientras que el segundo caso recoge todos los artículos defectuosos antes de enviar estos artículos a reciclaje durante el tiempo de inactividad de producción; los artículos reciclados se añaden al inventario principal. El objetivo de este estudio es minimizar el costo total e identificar la cantidad óptima de pedido. El proceso de fabricación con el proceso de reciclaje proporciona un mejor resultado en comparación con el caso sin reciclaje. Se desarrollan algunas derivaciones teóricas para enunciar la función objetivo utilizando la técnica de optimización clásica. Para validar el estudio propuesto, se realiza un análisis de sensibilidad y se presentan ejemplos numéricos. Finalmente, se proporcionan algunas perspectivas gerenciales y el alcance de futuras investigaciones.