完成用於飛機製造和使用的全部圖紙和技術檔的過程。也是研究飛機設計過程的綜合性技術學科，以此構成飛行器設計理論的重要組成部分。
設計特點 飛機設計除具有飛行器設計的一般特點外，還有自身的特點：①飛機要長時間在大氣層內飛行，靠機翼產生升力和操縱面產生控制力，無固定航跡和速度程式，機翼的佈局和氣動外形設計對提高飛機的飛行性能影響極大。②保證駕駛員和旅客安全是飛機設計需要著重考慮的的問題。如結構設計時不僅要考慮足夠的強度和剛度，而且要考慮疲勞，以適應長期使用和頻繁起落的特點；在系統設計時，還要設置各種航空救生設備和應急出口等。③總體佈局和結構設計復雜。飛機要盡可能擴大貨艙或客艙空間，在餘下的有限空間內佈置各種功能的部件、操縱系統、電源系統、電子系統、發動機、燃油系統、潤滑系統和起落裝置。軍用飛機還要掛火箭、導彈和副油箱等。在設計時，要使結構緊湊又彼此協調，還要考慮工藝要求。④座艙設計要保證乘員在航行途中有較舒適的環境和完善的生活設施。⑤對民用機要求有很高的經濟性，盡量降低人-公裡或噸-公裡的運輸費用。為此，設計時要盡量增大裝載量、降低耗油率。⑥民用機設計還要考慮對各種機場的適應性，滿足國際民用航空組織制定的適航條例要求，以便擴大飛機的使用范圍。軍用和民用飛機都應有良好的維修性，便於在各地機場進行維修，降低維修費用。⑦要盡可能降低飛機的噪聲，以減小對機內人員和機場附近居民的影響。⑧飛機（包括機身、機翼、尾翼和起落裝置等）與發動機一般是分開設計和制造的，要通過總體設計使之彼此協調一致。發動機在飛機上的配置既要滿足發動機的工作要求，又有利於整個飛機的性能。除上述特點外，不同用途的飛機還有不同的設計特點，如殲擊機要盡可能提高飛機的機動性能和作戰能力（特別是中低空、跨音速時），也要考慮駕駛員的生理限制等。
設計過程 飛機設計工作首先要擬定指標和進行可行性論證，在此基礎上進行方案設計、打樣設計和工作設計。
指標擬定和可行性論證 根據飛機的具體用途，對指標和技術要求進行分析。軍用飛機的指標和要求一般由軍方提出。民用飛機的指標和技術要求則根據國民經濟情況、交通運輸結構、航線的類別和需求、國傢的工業基礎和技術水平等方面的情況綜合考慮後提出。飛機的設計指標和技術要求主要包括：用途、裝載量或載客量、航程、速度、機場情況、可能采用的發動機和機載設備、經濟指標、可靠性、維修性和使用維護條件等。軍用飛機的指標和要求還有作戰對象、武器配置、典型作戰剖面、機動能力、最大速壓、最大過載和重量等，對於這些指標的可行性要加以論證。
方案設計 制定飛機總體方案包括初步確定飛機的型式和外形，主要設計參數，部件的主要幾何尺寸，結構型式和重量；初步選擇動力裝置、設備和武器；根據飛行剖面的要求初步擬定各段航跡的操縱方案；選擇模型吹風等。此階段要作出飛機的三面草圖和總體佈置草圖，進一步論證飛機技術要求的可行性和經濟效益。
打樣設計 又叫初步設計。設計時要確定飛機各部件的結構受力形式和相互連接關系，進行部位安排和重心定位，繪制各部件的結構打樣圖，進一步確定幾何尺寸、重量和動力裝置參數，完成氣動計算、強度計算、氣動彈性計算、飛行性能和操縱性穩定性計算、系統功能計算等，進行部件、全機的吹風實驗、系統功能試驗和新結構新材料的試驗，作出正式的飛機三面圖、結構打樣圖、總體佈置圖和重量、重心定位計算，提出各部件和各個系統的設計任務書、發動機安裝設計任務書和重量分配指標。在此設計階段，需要制造木質樣機，以便審查方案並為輔助設計創造條件。
工作設計 又叫詳細設計。根據確定的方案和打樣設計的結果，完成零件制造和部件、系統、全機裝配的工作圖紙和生產、驗收的技術文件，包括進行零部件的強度、剛度、顫振和重量計算，飛機氣動性能及各系統性能的精確計算，進行結構的靜、動強度和疲勞試驗以及特種設備和各個系統的臺架試驗，還要試制原型機並制定試飛大綱。
上述各個階段之間無明顯的界線。根據現代的新機研制要求，飛機設計工作已延伸到生產定型，甚至延伸到使用回授的全過程。
發展 飛機設計由原準法、分析法發展到優化設計和計算機輔助設計。應用計算機可以幫助選擇方案、繪制圖紙、提高設計質量、減少試驗工作、縮短設計周期、降低設計成本。在方案設計階段，用計算機對存貯的信息進行分析以選擇飛機的型式，用優化方法選擇飛機的主要參數，進行人機交互設計等，就可以在較短的時間內獲得最佳的結果。為瞭利用計算機，要將設計各個階段中的主要工作制成相應的數學模型（如飛機型式、幾何模型、氣動特性、重量、動力裝置性能、操縱性穩定性、強度、顫振、部位安排及重心定位、技術經濟分析等模型），編制計算機程序，建立程序庫和數據庫，構成完整的計算機輔助設計系統。這種系統與輔助制造、輔助管理系統結合起來形成一體化，推動瞭飛機的研制工作。主動控制技術的應用改變瞭飛機設計方法，為提高飛機性能提供瞭可能性。