Con la creciente población y el cambio climático, las demandas crecientes de agua están intensificando la competencia entre los actores agrícolas. Desde mediados del siglo XX, han surgido numerosos modelos de cultivos y técnicas de modelado para la evaluación cuantitativa de los sistemas de cultivo. Este artículo presenta una colección de artículos que exploran la investigación actual en aplicaciones de modelos para el uso sostenible del agua en la agricultura. La colección incluye artículos desde el desarrollo de modelos hasta aplicaciones a escala regional y de campo que abordan los efectos de gestión, la incertidumbre del modelo, los sistemas de apoyo a la toma de decisiones de riego y nuevos métodos para simular balances de sal. Se necesita un trabajo adicional para integrar la ciencia de datos, los sistemas de sensores modernos y las tecnologías de teledetección con los modelos con el fin de investigar la sostenibilidad de los sistemas agrícolas en regiones afectadas por cambios en el uso del suelo y el cambio climático.