最优设计，是指在给定因子空间内试验单元数相等的所有试验方案中，各回归系数的广义方差最小的试验方案。最优设计是在因子空间中可能产生的试验方案中信息矩阵行列式值最大，也是相关矩阵行列式值最小的试验方案。最优设计的出发点是优化回归方程的统计性质。最优设计试验方案通常用数值方法构造，先给定一个初始方案，然后用计算机构造出一系列方案的信息矩阵行列式值逐渐增大，并收敛于最优设计方案。最优设计有一次模型和二次模型的区别，也有饱和的与非饱和的区别。
所谓“最优设计”指的是一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需的支出（如
重量、
面积、
体积、
应力、
费用等）最小。也就是说最优设计方案就是一个最有效率的方案。