设计也是一个建模的活动，在设计阶段将集中研究系统的软件实现问题包括体系结构设计、详细设计、用户界面设计和数据库设计等。通常设计活动分为系统设计和详细设计两个主要阶段。软件设计要遵循模块化、耦合度和内聚性、复用性的原则。
软件体系设计涉及软件系统的总体组织、全局控制、数据存取以及子系统之间的通信协议等。典型的软件体系结构有仓库体系结构、分层体系结构、MVC体系结构、客户机/服务器体系结构管道和过滤器体系结构。系统设计是要确定设计元素。目前常用的数据存储管理有数据文件、关系数据库、面向对象数据库。系统设计评审要检查正确性、完整性、一致性和可行性的问题列表。详细设计包括方法建模、属性建模、状态建模和关系建模等。常用的设计模式有Abstract Factory模式、Adaptor模式、Bridge模式和Facade模式。