Mehrzieloptimierung behandelt die gleichzeitige Optimierung mehrerer oft konfligierender Werkstoffkenngrößen, etwa Festigkeit, Zähigkeit, Dichte und Kosten. Mathematisch werden Pareto-optimale Lösungen gesucht, bei denen keine Eigenschaft ohne Verschlechterung einer anderen verbessert werden kann. In der Werkstoffentwicklung kommen evolutionäre Algorithmen, Bayes’sche Optimierung und Surrogatmodelle zur effizienten Exploration des Eigenschaftsraums zum Einsatz.