复合材料展现出显著的各向异性性质，这在弹性模量、线胀系数和材料强度等方面尤为明显。虽然这增加了分析工作的复杂性，但也为复合材料的设计提供了独特的机会。设计师可以根据在不同方向上对材料刚度和强度等性能的具体要求，来设计复合材料及其结构，以满足工程应用中的特定需求。
复合材料的不均匀性是其显著特点之一。此外，复合材料的几何非线性和物理非线性也需特别关注。复合材料的可设计性是它超越传统材料的最显著优势之一。复合材料具有多层次的结构，包括宏观结构、细观结构和微观结构。例如，在复合材料层合板中，纤维及其与基体的界面可以被视为微观结构，而整个层合板则构成宏观结构。因此，可以通过细观力学理论或数值分析手段来进行复合材料的设计。
复合材料设计涉及多个变量的优化及多层次设计的选择。设计问题要求确定增强体的几何特征（如连续纤维、颗粒等）、基体材料、增强材料、增强体的微观结构以及增强体的体积分数。优化设计需要考虑这些变量，这是一项复杂的工作。数值优化技术为材料设计提供了一种可行的替代方法。例如，对于复合材料层合板，可以通过有限元法并结合适当的强度准则及本构模型来优化材料和结构参数，使其强度符合要求。同样，对于复合材料壳体，可以利用有限元法结合相应的失稳模式及准则进行系统优化，以确保其稳定性。
