La manzanilla es una de las plantas medicinales más consumidas en todo el mundo. Varias preparaciones de manzanilla se utilizan ampliamente en diversas ramas de la farmacia tradicional y moderna. Sin embargo, para obtener un extracto con un alto contenido de los componentes deseados, es necesario optimizar los parámetros clave de extracción. En el presente estudio, se realizó la optimización de los parámetros del proceso utilizando el modelo de redes neuronales artificiales (ANN), utilizando una relación sólido-solvente, potencia de microondas y tiempo como entradas, mientras que las salidas fueron el rendimiento de los compuestos fenólicos totales (TPC). Las condiciones de extracción optimizadas fueron las siguientes: una relación sólido-solvente de 1:80, potencia de microondas de 400 W y un tiempo de extracción de 30 min. ANN predijo el contenido de los compuestos fenólicos totales, que fue confirmado experimentalmente más tarde. El extracto obtenido en condiciones óptimas se caracterizó por una rica composición y alta actividad biológica. Además, el extracto de manzanilla mostró propiedades prometedoras como medio de crecimiento para probióticos. El estudio podría hacer una valiosa contribución científica a la aplicación de diseños estadísticos modernos y modelado para mejorar las técnicas de extracción.