由于膜材所特有的非线性力学特点以及膜结构整体所表现的柔性、张力与形态的统一性，其结构设计原理显著区别于传统的混凝土结构、钢结构设计，但又源于一般结构工程学的设计思想、原理、设计准则。膜结构一般涵盖膜、钢索、支承体系、锚固系统等，涉及诸多专业，是一项复杂的综合性工程。
结构选形是膜结构工程设计的第一步，是整个工程结构设计的基础，关系到整个工程结构体系是否合理、经济、美观。结构选形属于结构概念设计，需要与建筑师紧密配合、协作讨论，同时充分发挥结构设计师的创造力，基于对各种机构体系与材料的基本受力形式。膜可实现新颖、独特、丰富的造型，但膜造型的可塑性又囿于某些固有的形式，负高斯双曲面是合理的稳定膜面，是构造一切膜面的基石。结构选形阶段需要确定：膜的形式与材料类型、支承体系与材料类型、主要节点构造、制作工艺和安装方法等。
膜结构工程设计第二步为结构设计分析与结构特性综合评价。由于膜结构为预张力体系、且荷载作用下发生大变形，因此，膜结构分析要求进行几何非线性分析，一般采用专用分析软件完成。由于非线性算法、单元本构模型的不一致，以及膜材参数的离散差异性，另外不同膜结构的结构响应参数不尽一致，所以，不应过分拘泥于分析结果数值的大小和指标界限，应对分析结果综合评价，抓住本质与规律，然后作出合理设计。
膜结构工程设计第三步为结构构件与节点设计。根据整体分析与局部构件、节点分析，按照允许应力设计法或极限状态设计法，选取具有一定安全度的膜材型号，构件截面配置、节点板件、以及附件构造处理等。构件与节点设计应充分考虑到材料的采购（包括市场是否有货源、以及市场价格）、制作难易度（同一性、个性、工业化程度）、安装和维护便易性、以及美观性。美观性应始终作为膜结构构件、节点设计的一个着眼点和归宿，但连接功能与受力安全是必要的条件。
