Thiết kế thuật toán đề cập đến một phương pháp hoặc một quy trình toán học để giải quyết vấn đề và các thuật toán kỹ thuật. Việc thiết kế các thuật toán là một phần của nhiều lý thuyết giải pháp nghiên cứu hoạt động, chẳng hạn như lập trình động và chia để trị. Các kỹ thuật thiết kế và triển khai các thiết kế thuật toán còn được gọi là các mẫu thiết kế thuật toán,[30] với các ví dụ bao gồm mẫu phương pháp mẫu và mẫu trang trí.

Một trong những khía cạnh quan trọng nhất của thiết kế thuật toán nằm ở việc tạo ra thuật toán có thời gian chạy hiệu quả, còn được gọi là Big O của nó.

Các bước điển hình trong quá trình phát triển thuật toán:

1. Định nghĩa vấn đề
2. Phát triển một mô hình
3. Đặc điểm kỹ thuật của thuật toán
4. Thiết kế một thuật toán
5. Kiểm tra tính đúng đắn của thuật toán
6. Phân tích thuật toán
7. Thực hiện thuật toán
8. Chương trình thử nghiệm
9. Viết tài liệu