Technik optimalizuje své konstrukce hlubokou znalostí a využíváním přírodních zákonů, které platí obecně v celé přírodě. Proto volí při návrhu objektů takové formy, aby byly co nejlépe přizpůsobeny mechanickým vlastnostem materiálu a způsobu zatížení. Člověk se snaží přiblížit se optimu cílevědomě a zasvěceně, nikoli cestou pokusů a omylů, ačkoli ani této metodě se někdy nevyhne (např. při navrhování takové konstrukce, kdy se volí tvar a dodatečně se v něm ověřují napětí za určitého zatížení).

Cílevědomé směřování člověka k optimálnímu řešení je nejefektivnější, jeli podloženo teorií, a kde teorie nestačí (u složitých jevů ), experimentem, spojeným popřípadě s poloprovozem.

Velmi jednoduchým fyzikálně podmíněným tvarem je řetězovka. Teoreticky je to rovinná transcendentní křivka, vytvořená působením tíže na homogenní, dokonale ohebné a neroztažné hmotné vlákno (lano), zavěšené mezi dvěma pevnými body. Matematicky je vyjádřena jednoduchou hyperbolickou funkcí. Snad prvními inženýrskými aplikacemi 'řetězovkových' konstrukcí byly řetězové visuté mosty. Roku 1796 jej postavil J. Finlay v Pensylvánii na rozpětí asi 20 m. Brzy následovaly desítky dalších. Na evropské pevnině postavil první most tohoto typu Bedřich Schnirch přes rameno Moravy ve Strážnici (1823-1824) o rozpětí 29,71 m.

Ale již v období 1814-1818 se objevily podle vynálezu Francouze Sésuina visuté mosty lanové. Ve třicátých letech 20. stol. překročilo jejich rozpětí hodně přes 1000 m.

Fyzikálně definovanými plochami jsou visuté lanové střechy, vhodné pro zastřešení zvlášt' velkých prostorů (sportovních a průmyslových hal apod.). Jednoduchá je válcová visutá lanová střecha, pro zastřešení pravoúhlého půdorysu. Rovnoběžná nosná lana mají při rovnoměrném Zatížení za řídící křivku řetězovku.

Fyzikálně podmíněnými plochami jsou rovněž visuté lanové kruhové střechy s centrální kloubovou stojkou (obr. 8.6). Nosná lana se radiálně rozbíhají od centrální stojky k obvodovému kružnicovému prstenci. Zatížení lana není rovnoměrné, a proto je křivka lana vyjádřena jinou rovnicí než řetězovkou. Obdobnými konstrukcemi jsou mezikružné visuté lanové střechy (s vnitřním prstencem nebo bez něho) a prostorové lanové sítě.

Obrácením těchto visutých ploch nad vodorovnou rovinu dostaneme rovněž fyzikálně definované plochy, jejichž technicky využitými konstrukcemi jsou skořepiny a skořepinové klenby. Princip jejich optimálnosti spočívá v tom, že se minimalizují ohybová namáhání. Vzorem pro optimalizaci pneumatických (nafukovacích) konstrukcí jsou mýdlové blány napjaté mezi dráty požadovaných tvarů, namočené do mýdlového roztoku. Pneumatické konstrukce mohou mít různý tvar, ale jejich společnou vlastností je, že při vnitřním tlaku vzduchu (nebo i vody) se vytváří plášť, pevný na tah, ale poddajný na ohyb. Plocha vytvořená tímto způsobem má nejmenší povrch, čímž je z hlediska spotřeby stavební hmoty optimální.

Optimalizace tvarů, navržených řadou konstruktérů, závisí nejen na hmotě, ale i na zatížení. Příkladem jsou funikulární plochy (lat. funiculus = tenké lano), kapky, šestiúhelníkové struktury včelích pláství, patřící do bioniky aj. Ale ani zatížení není konečným hlediskem optimalizačním, protože je nutné splnit další požadavky - např. akustické, izolační, mikroklimatické, estetické, ale i vliv tepelného režimu, nebo nároky tepelného režimu a životního prostředí. Komplexní optimalizace je proto obtížná a vyžaduje stálé hledání ve fyzikálních, matematicky vyjádřitelných zákonitostech a v přírodě.

Před výpočtem nafukovacích konstrukcí s minimální plochou je vhodné pracovat s mýdlovou bublinou. Půdorysem nemusí být jen obyčejný kruh, ale i tvary poměrně složité, vytvořené např. na sebe napojenými kruhovými r. Jako příklad může posloužit budova Institutu pro lehké nosné konstrukce univerzity ve Stuttgartu. Ústav založený v roce 1964 je umístěn ve stanové budově, jejíž tvar byl odvozován z modelu mýdlové bubliny.

Jiným využitím tohoto principu je pneumatické (nafukovací) bednění z gumotextilu, vhodné pro opakující se betonové konstrukce s náročnými požadavky na rozměrovou přesnost, nebo pro prostorově zakřivené konstrukce.

Po zatvrdnutí betonu se vypustí a snadno odejme. Ve vodním stavitelství se fyzikálně podmíněné tvary uplatňovaly dávno, protože nedbání přírodních (fyzikálních) zákonitostí, zejména vodního proudu, ale i tlaku, vede k rozrušení díla nebo ke zvýšeným. Vitruvius Pollio (1.stol. př. n. l. ) doporučuje vybudovat co nejpevnější násep, nepomohou-li zaražené kůly “udržet rošty pohromadě následkem proudů a příboje otevřeného moře”; popisuje chorobatés, přístroj k nivelování a jeho vztah k vodní hladině. Složitý vodní proud s víry je zachycen v kresbách velkého inženýra renesance Leonarda da Vinci. Nejčastější fyzikálně definované tvary v hydrotechnice jsou podmíněny dynamickými jevy.