機械設計，根據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構思、分析和計算并將其轉化為具體的描述以作為制造依據的工作過程。
機械設計是機械工程的重要組成部分，是機械生產的步，是決定機械性能的最主要的因素。機械設計的努力目標是：在各種限定的條件（如材料、加工能力、理論知識和計算手段等）下設計出的機械，即做出優化設計。優化設計需要綜合地考慮許多要求，一般有：工作性能、制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、消耗和最少環境污染。這些要求常是互相矛盾的，而且它們之間的相對重要性因機械種類和用途的不同而異。設計者的任務是按具體情況權衡輕重，統籌兼顧，使設計的機械有的綜合技術經濟效果。過去，設計的優化主要依靠設計者的知識、經驗和遠見。隨著機械工程基礎理論和價值工程、系統分析等新學科的發展，制造和使用的技術經濟數據資料的積累,以及計算機的推廣應用,優化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學計算。
在計劃階段中，應對所設計的機器的需求情況做充分的調查研究和分析。通過分析，進一步明確機器所應具有的功能，并為以后的決策提出由環境、經濟、加工以及時限等各方面所確定的約束條件。在此基礎上，明確地寫出設計任務的要求及細節，形成設計任務書，作為本階段的總結。設計任務書大體上應包括：機器的功能，經濟性及環保性的估計，制造要求方面的大致估計，基本使用要求，以及完成設計任務的預計期限等。此時，對這些要求及條件一般也只能給出一個合理的范圍，而不是準確的數字。例如可以用必須達到的要求、要求、希望達到的要求等方式予以確定。
技術設計階段的目標是產生總裝配草圖及部件裝配草圖。通過草圖設計確定出各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之間的連接，零、部件的外形及基本尺寸。繪制零件的工作圖、部件裝配圖和總裝圖。
為了確定主要零件的基本尺寸，必須做以下工作：
機器的運動學設計。根據確定的結構方案，確定原動件的參數（功率、轉速、線速度等）。然后做運動學計算，從而確定各運動構件的運動參數（轉速、速度、加速度等）。
機器的動力學計算。結合各部分的結構及運動參數，計算各主要零件所受載荷的大小及特性。此時求出的載荷，由于零件尚未設計出來，因而只是作用于零件上的公稱（或名義）載荷。
設計者通過繪制草圖會發現各部分的形狀、尺寸、比例等方面的矛盾。為了加強或改進某一方面，可能會削弱或惡化另一方面。這時必須權衡輕重，進行協調，以達到綜合效果。草圖經反復修改認為初步滿意后，便可繪制初步總圖和估算造價。初步總圖嚴格按比例繪制，選取足夠的視圖和切面圖。
初步總圖繪制后，需要請對該類機械有經驗的設計、制造和使用人員以及用戶或委托設計單位的代表進行初步審查。審查結果如認為設計不適用(如重量、體積太大,造價太高,對結構的可靠性有懷疑等),則須重新進行運動設計，甚至改用別的工作原理和基本結構型式。多數情況是對設計采取某些改善措施。