设计者的重要问题之一是决定机器或结构的大小和形状，使这个机器或结构将在足够的工作寿命期间能抵抗所受的外力，而没有过分的磨损、变形或断裂发生。要满足这些要求，必须确定发生在材料中的应力和应变。应力和应变的概念在几百年来来曾以这种或那种形式研究过，而且在过去的一个半世纪中，数学家和工程师已发展了弹性理论。虽然有一些现存的公式可直接用于工程设计者的问题，且只需要数值解，可是还有许多其它问题却没有方便可用的答案，对那些情况来说，设计者必须能够从基本原理出发去进行工作，在能得到解答之前，也许还要作某些简化假设和依据过去的经验绘图。