优化设计中的设计变量是可供设计师选择的参数，如几何参数、材料参数等，约束条件是在优化设计过程中必须满足的条件，分为直接约束条件和间接约束条件，目标函数指设计需要达到的目标，如结构的最小重量、成本、刚度等。优化设计过程是在满足若干约束条件的前提下改变设计参数以寻求最优设计目标的过程。

结构优化研究主要分为三个层次，即拓扑（布局）优化、形状优化以及尺寸优化。

结构拓扑优化是最高层次的优化技术，在结构概念设计阶段确定产品主要传力路径和初始构型，研究连续体结构中开孔的数量和位置从而实现材料的最优分布。因为拓扑优化在结构设计的初始阶段即被引入，有利于实现结构创新设计，所以可获得更大的经济效益。拓扑优化理论与方法研究日趋成熟，在航空、汽车工业方面，拓扑优化技术都发挥了重要作用。