多学科设计优化（英语：Multidisciplinary 设计 最优化，简称：MDO）是一种充分探索子系统相互作用的复杂系统设计方法论，也被称为多学科优化或者多学科系统设计优化（MSDO）。它允许设计人员同时考虑所有相关学科，通过联立问题的最优解综合考虑各个学科之间的互相影响，从而获得优于按顺序采用每个学科而获得的优化结果。然而，同时考虑多个学科往往会极大增加问题的复杂性。

多学科设计优化最早是由美国航空航天局高级研究员、现任美国航空航天学会（American Institute of Aeronautics and Astronautics,AIAA）多学科设计优化技术委员会主席Sobieszczanki-Sobieski提出，是一种探索子系统相互作用的复杂系统设计方法论。

通过探索和利用系统中相互作用的协同机制，利用多目标策略和计算机辅助技术来设计复杂系统及子系统，可以有效缩短设计周期，获取系统整体最优性能。

美国航空航天协会在1991年成立多学科设计优化技术委员会。

作为创始人的美国航空航天局，在1994年成立了多学科设计优化分部，开展包括高速客机在内的飞行器多学科设计优化。

美国各院校纷纷成立多学科设计优化研究机构，开展多学科设计优化基础理论的研究。如弗吉尼亚州立大学率先联合成立了先进飞行器的多学科分析与设计中心。

Stanford大学针对飞行器开展的多学科设计优化的研究，形成了飞行器初步设计和三维结构设计的多学科设计优化方法等，并应用于BWB飞行器。

西北工业大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学等开展了飞行器多学科优化方法的研究。

国防科技大学等开展了导弹的多学科设计优化。

西北工业大学开展了发动机多学科设计优化方法研究工作，如参数化建模技术、耦合信息传递技术、近似技术、多学科优化方法等。

多学科设计优化与传统设计方法相比具有如下优势：

①考虑学科间耦合设计，更加贴切问题的实质，Hi-Fi。

②多学科综合优化设计，采用多目标机制平衡学科间影响，探索整体最优解，避免串行重复设计导致的人力、物理、财力浪费。

③协同/并行设计，缩短设计周期。

应用研究集中在飞机、导弹和发动机等领域。