Pierwszym etapem cyklu życia produktu jest etap projektowania/optymalizacji procesu, mający na celu zaprojektowanie procesu, który będzie stabilny oraz zdolny do dostarczania produktu o wymaganej jakości. Założeniem przyjętym w podejściu Quality by Design jest istnienie efektywnego programu rozwoju produktu, który powinien zapewnić zbudowanie podstawowych filarów wiedzy o produkcie i procesie. Do zaplanowania i realizacji programu zbierania i oceny danych podczas etapu projektowania procesu stosowane powinny być metody zarządzania ryzykiem oraz statystyczne metody projektowania eksperymentów. Umożliwią one zbudowanie modelu zależności pomiędzy parametrami operacyjnymi procesu a krytycznymi atrybutami produktu oraz ustalenie efektywnej strategii kontroli w odniesieniu do parametrów procesu i atrybutów produktu.