机械设计（machine design），根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的步，是决定机械性能的主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件（如材料、加工能力、理论知识和计算手段等）下设计出的机械，即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：工作性能、制造成本、小尺寸和重量、使用中可靠性、消耗和少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有的综合技术经济效果。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。
各产业机械的设计，特别是整体和整系统的机械设计，须依附于各有关的产业技术而难于形成独立的学科。因此出现了农业机械设计、矿山机械设计、泵设计、压缩机设计、汽轮机设计、内燃机设计、机床设计等专业性的机械设计分支学科。
随着社会经济的发展，技术的进步，机械设备也需要不断更新升级，以适应时代的发展。在产品的外观设计上，人们对机械设备的要求也更高了，更加讲究产品设计的创新性与人性化。
机械设备的外观造型设计应满足产品功能要求，充分体现功能使用合理性、宜人性和环境适应性及形体精美为主的物质与精神功能要求。在进行设计时应考虑实现形体的结构、材料、工艺等条件，并在此基础上设计出具有时代感的好产品。同时，机械设备的外观设计要具有形体良好的立体效果与视觉效果，即稳定、协调与均性，还要具备良好的工艺性和艺术性，线条应简明、合理。
仪器仪表广泛应用于装备、改造传统产业的工艺流程的测量和控制，是现代化大型重点成套装备的重要组成部分，是信息化带动工业化的重要纽带。据有关资料显示，随着装备水平的提高，仪器仪表在工程设备总投资中的比重已达到18%左右；现代化的宝钢技术装备投资中，有1/3的经费用于购置仪器和自控系统。
机械设备的外观设计还要符合人体工程学，在确定产品造型的任何参数及布局时要注意操作位置、动作轨迹、工作程序以及操作工人姿态变化应符合人体功能的要求，并处理好细节上的问题，使产品的人机交互界面直观合理，操作简便，为用户提供优质的产品体验感。