Kombinatorische Optimierung befasst sich mit der Auswahl einer optimalen Lösung aus einer endlichen, oft sehr großen Menge diskreter Konfigurationen unter Nebenbedingungen. In den Materialwissenschaften wird sie etwa zur Legierungs- und Prozessparameterauslegung, zur Planung von Hochdurchsatz-Experimenten oder zur Optimierung von Mikrostrukturen eingesetzt, häufig unter Verwendung von Heuristiken, Metaheuristiken oder ganzzahligen Optimierungsalgorithmen.