Mekaanisten komponenttien rakenne on ydinkantaja niiden aiottujen toimintojen toteuttamiselle. Sen tehtävänä ei ole ainoastaan siirtää voimaa ja liikettä, vaan sen on myös saavutettava optimaalinen suorituskyvyn yhteensopivuus tilarajoitteissa ja käyttöolosuhteissa. Mikroskooppisesta hilajärjestelystä makroskooppiseen geometriseen konfiguraatioon rakennesuunnittelussa noudatetaan aina mekaanisen rationaalisuuden, teknologisen toteutettavuuden ja toiminnan luotettavuuden kolminkertaisia kriteerejä, mikä osoittaa insinööritieteen morfologista viisautta.
Rakennesuunnittelun ensimmäinen periaate on mekaaninen mukauttaminen. Komponenttien on määritettävä pääkokoonpanonsa voimatyypin (jännitys, puristus, taivutus, vääntö tai yhdistetty kuormitus) ja jännityksen jakautumisominaisuuksien perusteella. Esimerkiksi vierintälaakerit, jotka kantavat säteittäistä kuormaa, käyttävät rengasmaisten kulkuteiden ja vierintäelementtien yhdistelmärakennetta, joka hajottaa painetta piste/linja-kontaktin kautta; kun taas vääntömomenttia välittävät vaihteet perustuvat evoluutiohammasprofiileihin, joissa käytetään hampaiden pinnan yhdistämistä pyörivän liikkeen muuntamiseksi tasaiseksi tehoksi. Tällaiset rakenteet eivät ole yksinkertaisia geometrisia pinoamisia, vaan ne perustuvat tarkkoihin laskelmiin, joissa käytetään materiaalimekaniikkaa ja kimmoteorioita sen varmistamiseksi, että maksimijännitys on alle sallitun arvon ja muodonmuutosta hallitaan tarkalla alueella.
Tilarajoitteet ja kokoonpanologiikka ovat toinen rakennesuunnittelun keskeinen ulottuvuus. Monimutkaisissa laitteissa komponenttien on koordinoitava useita osia rajoitetussa tilassa, joten usein käytetään modulaarisia, sisäkkäisiä tai ohutseinäisiä kevyitä rakenteita. Esimerkiksi autojen vaihteiston synkronointihammasrengas saavuttaa nopeussynkronoinnin samalla, kun se puristaa aksiaaliset mitat integroidun sisäisten ja ulkoisten urien ja kartiomaisten pintojen ansiosta; Teollisuusrobottiliitoksen harmoninen supistustaivutus käyttää ohuen -seinämäisen kupin-muotoista rakennetta yhdistettynä elastisiin muodonmuutosperiaatteisiin, jotta saavutetaan tasapaino korkean välityssuhteen ja pienen tilavuuden välillä. Tällaisissa suunnitelmissa on otettava huomioon sekä koneistuksen saavutettavuus (esim. työstöradan suunnittelu) että kokoonpanojärjestys (esim. virheenvarmistusasemointiominaisuudet), jotta vältetään rakenteellisen redundanssin tai häiriön aiheuttama suorituskyvyn heikkeneminen.
Prosessien yhteensopivuus vaikuttaa myös perusteellisesti rakenteelliseen morfologiaan. Valukappaleissa on vältettävä teräviä kulmia ja äkillisiä paksuuden muutoksia kutistumishuokoisuuden estämiseksi, jolloin käytetään pyöristettyjä siirtymiä ja yhtenäisiä seinämän paksuusmalleja; koneistetuissa osissa käytetään standardoituja reikäjärjestelmiä, tasomaisia peruspisteitä ja muita rakenneosia koneistuksen tehokkuuden ja johdonmukaisuuden parantamiseksi. Vaikka nykyaikainen lisäainevalmistustekniikka on lieventänyt joitain rakenteellisia rajoituksia, innovatiivisia rakenteita, kuten konformisia jäähdytyskanavia ja hilan täyttöä, on edelleen optimoitava yhdessä materiaalin muodostusominaisuuksien kanssa vääntymisen tai halkeilun estämiseksi.
Mekaanisten komponenttien rakennesuunnittelu on olennaisesti toiminnallisten vaatimusten, mekaanisten lakien ja valmistuskyvyn kolminkertainen kytkentä. Simulaatioteknologian ja digitaalisten kaksosten kehityksen myötä rakennesuunnittelu on siirtymässä kokemukseen-ohjautuvasta data-pohjaiseen, jännitystä, lämpömuodonmuutosta ja väsymystä simuloivaan ennalta
