La presente investigación se realizó con la finalidad de optimizar el proceso de biosorción de Plomo (II) con mesocarpio de toronja (Citrus paradisi var. Marsh). El biosorbente se obtuvo mediante los pasos continuos de separación del mesocarpio de la cáscara de toronja, eliminación de impurezas y aceites esenciales, desmetoxilación y reticulación del mesocarpio. El diseño experimental utilizado fue la Metodología de Superficie de Respuesta (MSR), con las combinaciones del diseño de Box Behnken validado por un ANVA. La capacidad de biosorción máxima promedio fue de 201.887 mg/g, con valores de 0.25 g de biosorbente, 49.24 ppm de Pb+2 y pH 4.1. La regresión múltiple de los datos de biosorción dio un modelo cuadrático con R2=93.13 %, indicando que el comportamiento de la biosorción se ajusta al modelo y es confiable para hacer predicciones. El ANVA para la biosorción demostró que las variables independientes y la interacción de dos de estas son significativas (p<0.05). La optimización del proceso estuvo excedida en +1.2 del valor optimo estimado por el modelo matemático, el cual predijo un valor de 241. 945 mg/g, respecto a lo alcanzado 243.145 mg/g en condiciones de 0.0501778 g de biosorbente, 379.92 ppm de Pb+2 y pH 3; esto valida que el modelo representa correctamente los datos observados.