由于工程结构系统和高科技产品越来越复杂，对各类工业和国防装备的性能要求日益提高，因此多物理场的耦合作用越来越突出。例如，航天航空结构的热-结构、结构-气动弹性、结构-控制的耦合响应，潜艇、车辆与飞机的结构-噪声耦合响应，微电子产品的传热-结构、电磁场-结构耦合响应，高精度注塑成型中的热-相变-变形耦合响应等都是设计中非常关心的重要问题。在这种工业需求的推动下，耦合系统的多学科优化设计理论和方法成为新的研究前沿。

优化设计在基础理论和算法方面已取得很多成果，已应用于航空航天、交通运载、海洋工程等领域的重大装备研制中，解决了一批关键技术问题。传统的优化设计主要针对单一学科问题进行。随着尖端装备的设计越来越多地从各个学科分门别类地研究趋向于多个学科的综合分析设计，优化设计的理论和方法也被扩展到多学科综合的优化设计。由于结构优化设计研究和应用的相对成熟和成功，多学科优化设计与结构优化联系十分紧密，而且在研究方法上受其很大影响。多学科优化设计问题有两类求解方法：基于梯度的算法和非梯度算法。前者包括牛顿法、最速下降法、共轭梯度法、序列线性规划法、序列二次规划法等，后者包括遗传算法、粒子群算法、随机搜索方法、模拟退火方法等。

多学科优化设计研究中需要重点解决的关键问题主要包括：系统及其多学科优化设计问题的数学建模，近似分析与近似优化技术，系统灵敏度分析方法，高效优化算法以及分解优化方法等。多物理场耦合系统的数值分析和仿真是多学科优化设计的前提和基础，其本身的理论和算法研究也是重要的问题。