按照需要设计和制备新材料的理论。
材料设计可以定义为应用有关的信息和知识预测与指导合成具有预期性能的材料。材料微观结构设计可以根据设计对象及涉及的空间尺度分为：显微结构层次（尺度大致为1微米）；原子分子层次（1-10纳米）；电子层次（0.1-1纳米）。材料设计大致可以分为五类：
（1）在数据库和知识库的基础上，利用计算机进行性能预报；
（2）利用计算机模拟揭示材料的微观结构性能的关系；
（3）在突破已知理论和总结实验规律的基础上，提出新概念并采用新技术研制新材料（如半导体超晶格材料的设计，即能带工程）；
（4）深入研究各种条件下材料的生长过程，探索开创合成材料的新途径（如将三大类材料在原子分子层次上混合构成杂化材料）；
（5）选定重点目标，组织多学科力量联合设计某种新材料。
材料科学发展的四大趋势：高功能、超高性能、复杂化、智能化。
