Modern agrifood supply chains have to tackle a plethora of challenges emerging at a worldwide and dynamically changing business arena from an environmental, economic and social perspective; thus, the strategic design, planning and management of their sustainability is vital. Sustainable supply chains are characterized by reduced environmental impact across the entire supply network, while supporting the economic development of the involved stakeholders, and facing social issues such as unemployment and food security. Despite the increasing number of publications in this area during the last decade, there are no scientific studies addressing holistically the issue of sustainable design and management of food supply networks. Therefore, the aim of this doctoral thesis is to develop an integrated decision-making approach for the optimal design, planning and management of sustainable agrifood supply chains. This was achieved by developing applied strategic qualitative methodological approaches combined with quantitative models. Specifically, the present thesis is developed across three main parts, whereby appropriate methodological frameworks of analysis are provided. In every part, the respective quantitative models are developed aiming to address key sustainability issues, resulting in five (5) models for the entire thesis. In the first part, an integrated hierarchical decision-making framework for the design and operations of sustainable agrifood supply chains is developed through identifying the key decisions that need to be taken at strategic, tactical and operational levels. In the second part, a focused literature review for every sustainability component (i.e. environmental, economic, social) is performed. Considering the environmental component two strategic System Dynamics models are developed: 1) for managing the water footprint in fresh agrifood supply chains (Model #1), and 2) for designing and assessing the impact of alternative policies to promote the use of agricultural waste for domestic heating aplplications (Model #2). Regarding the economic component, a primary research in the Greek food market is conducted. Furthermore, key performance indicators are investigated and an integrated methodological framework is provided for the objective assessment of the economic impact associated with the implementation of sustainable practices at each echelon of an agrifood supply chain. Finally, with regard to the social component, a critical taxonomy of food security challenges in the developed world is provided and two modeling approaches are developed: 1) a System Dynamics model highlighting the need to foster smallholdings and their products to the regional food market (Model #3), and 2) an analytic mathematical approach for the supply of a perishable product, through utilizing a regular and an emergency supplier (Model #4). In the third part, a sustainability assesment framework is developed by selecting key performance indicators for evaluating every process at different agrifood supply chain echelons, tailored to the organic food sector (Model #5). To conclude, the design, planning and management of sustainable agrifood supply chains is a complex issue as it entails a large set of interrelated variables and decision-making parameters. In this context, the present Ph.D. thesis provides new methodological tools to support the related decision-making processes, which can be directly applied in a real business environment. ; Οι σύγχρονες αγροδιατροφικές αλυσίδες εφοδιασμού καλούνται να αντιμετωπίσουν ένα σύνολο προκλήσεων που εγείρονται παγκοσμίως σε ένα δυναμικά μεταβαλλόμενο περιβαλλοντικό, οικονομικό και κοινωνικό επίπεδο, με αποτέλεσμα να είναι αναγκαίος ο στρατηγικός σχεδιασμός και η διαχείριση της βιωσιμοτητάς τους. Οι βιώσιμες εφοδιαστικές αλυσίδες (sustainable supply chains) χαρακτηρίζονται από μειωμένο περιβαλλοντικό αντίκτυπο, υποστηρίζουν την οικονομική ανάπτυξη των εταίρων τους, και προάγουν κοινωνικά ζητήματα όπως η αντιμετώπιση της ανεργίας, η ενίσχυση του εισοδήματος των καλλιεργητών και η αντιμετώπιση της επισιτιστικής ασφάλειας. Ωστόσο, παρόλη την υφιστάμενη έρευνα, η διατριβή καταδεικνύει ότι δεν υφίστανται επιστημονικές μελέτες που να αντιμετωπίζουν ολιστικά το ζήτημα του βιώσιμου σχεδιασμού και της διαχείρισης των δικτύων εφοδιασμού τροφίμων. Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη μίας ολοκληρωμένης προσέγγισης λήψης αποφάσεων για το βέλτιστο σχεδιασμό και τη διαχείριση βιώσιμων εφοδιαστικών αλυσίδων αγροδιατροφικών προϊόντων μέσω της ανάπτυξης στρατηγικών και άμεσα εφαρμόσιμων ποιοτικών μεθοδολογικών προσεγγίσεων και ποσοτικών προτύπων. Συγκεκριμένα, το παρόν ερευνητικό έργο εξελίσσεται σε τρία κύρια μέρη, στα πλαίσια των οποίων διαμορφώνονται τα κατάλληλα μεθοδολογικά πλαίσια ανάλυσης και αναπτύσσονται πέντε (5) ποσοτικά πρότυπα για την αντιμετώπιση καίριων ζητημάτων βιωσιμότητας. Στο πρώτο μέρος της διατριβής αναπτύσσεται ένα ολοκληρωμένο ιεραρχικό πλαίσιο λήψης αποφάσεων για το σχεδιασμό και τη λειτουργία βιώσιμων αγροδιατροφικών εφοδιαστικών αλυσίδων με τον προσδιορισμό των αποφάσεων που χρειάζεται να ληφθούν σε στρατηγικό, τακτικό και λειτουργικό επίπεδο. Στο δεύτερο μέρος της διδακτορικής διατριβής γίνεται εστιασμένη βιβλιογραφική επισκόπηση για κάθε μία από τις συνιστώσες της βιωσιμότητας – περιβαλλοντική, οικονομική, κοινωνική – και αναπτύσσονται τα αντίστοιχα ερευνητικά εργαλεία. Αναφορικά με τη συνιστώσα του περιβάλλοντος, αναπτύσσεται ένα στρατηγικό μοντέλο Δυναμικής Συστημάτων (System Dynamics) για τη διαχείριση του υδατικού αποτυπώματος (water footprint) σε αλυσίδες εφοδιασμού ευπαθών αγροδιατροφικών προϊόντων (Πρότυπο #1). Επιπλέον, αναπτύσσεται ένα στρατηγικό μοντέλο Δυναμικής Συστημάτων για το σχεδιασμό και τη διερεύνηση της επίδρασης εναλλακτικών πολιτικών στην προώθηση της χρήσης αγροτικών αποβλήτων για οικιακή θέρμανση (Πρότυπο #2). Εν συνεχεία, αναφορικά με την οικονομική συνιστώσα, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα πρωτογενούς έρευνας στην Ελληνική αγορά τροφίμων. Παράλληλα, διερευνώνται κύριοι δείκτες μέτρησης επίδοσης και αναπτύσσεται ένα μεθοδολογικό πλαίσιο για την αντικειμενική αξιολόγηση του οικονομικού αντικτύπου που επιφέρει η εφαρμογή βιώσιμων πρακτικών σε κάθε στάδιο μίας αγροδιατροφικής αλυσίδας εφοδιασμού. Τέλος, αναφορικά με την κοινωνική συνιστώσα, παρατίθεται κριτική ταξινόμηση των προκλήσεων της διατροφικής ασφάλειας στον ανεπτυγμένο κόσμο και αναπτύσσεται ένα μοντέλο Δυναμικής Συστημάτων για την ανάδειξη της ανάγκης προώθησης των μικρών καλλιεργειών και των προϊόντων τους στην αγορά (Πρότυπο #3). Πρόσθετα, διερευνάται το πρόβλημα της εξυπηρέτησης πελατών για μία εφοδιαστική αλυσίδα αναλώσιμων προϊόντων τροφής με χρήση δύο προμηθευτών: ενός κύριου προμηθευτή και ενός έκτακτου προμηθευτή που ενεργοποιείται σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης (Πρότυπο #4). Στο τρίτο μέρος της διδακτορικής διατριβής αναπτύσσεται το κατάλληλο πλαίσιο αξιολόγησης και γίνεται επιλογή των απαραίτητων κύριων δεικτών μέτρησης επίδοσης βιωσιμότητας των δραστηριοτήτων σε εφοδιαστικές αλυσίδες βιολογικών προϊόντων (Πρότυπο #5). Συμπερασματικά, ο σχεδιασμός και η διαχείριση των βιώσιμων αγροδιατροφικών δικτύων εφοδιασμού αποτελούν σύνθετα προβλήματα, καθώς εμπεριέχουν ένα μεγάλο σύνολο αλληλένδετων μεταβλητών απόφασης και παραμέτρων. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα διατριβή παρέχει νέα μεθοδολογικά εργαλεία για την υποστήριξη της λήψης των σχετικών αποφάσεων, τα οποία μπορούν να εφαρμοστούν άμεσα σε πραγματικό περιβάλλον.