특정 제품이나 시스템이 가능한 한 최고의 성능을 발휘할 수 있도록 설계하는 작업을 총칭하여 최적설계라고 부른다. 최적이란 용어는 암시적인 의미로 많은 의미를 함축하고 있다. 다시 말해 비단 성능뿐만 아니라 제품이나 시스템의 가격 및 외형치수와 같은 제약적인 조건 등을 모두 고려하여 발휘할 수 있는 최고의 성능을 의미한다.
따라서 모든 최적설계에는 해당 제품이나 시스템에 대해 향상시키고자 하는 목적함수(objective function)와 이러한 목표에 수반되는 각종 제약조건(constraint)으로 구성된다. 또한 성능을 향상시키기 위하여 설계하고자 하는 각종 변수들을 설계변수(design variable)라고 부르며, 최적의 설계안을 찾아가기 위한 설계변수의 방향을 탐색하는 것을 민감도 해석(sensitivity analysis)이라고 부른다.
최적설계는 물체의 모양이나 치수를 최적화 하는 형상 최적설계(shape optimization), 재질을 최적화 하는 물성 최적설계(material optimization) 그리고 물체의 구조를 최적화 하는 위상 최적설계(topology optimization)로 대별할 수 있다. 위상 최적설계를 형상 최적설계와 혼동하기 쉬운데, 전자는 제품이나 시스템의 개념설계 단계에서 그 구조를 최적으로 설계하기 위한 것인 반면, 후자는 이미 개발된 제품이나 시스템의 성능이나 가격을 목표로 모양이나 치수를 변경시키는 경우를 의미한다.
예를 들어, 시공하고자 하는 현수교의 골격을 어떠한 형태로 할 것인가는 위상 최적설계에 해당되고, 골격이 결정된 다음 각 구성 부품의 상세한 치수나 모양을 어떻게 가져가는 것이 최적인가는 형상 최적설계 범주에 해당된다.
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