El diseño de la base de datos implica identificar las relaciones existentes entre piezas separadas de datos y trazar un mapa de esas relaciones de una manera organizada que tenga sentido. Hay varios tipos de diseño de base de datos: diseño de base de datos conceptual, diseño de base de datos lógica y diseño de base de datos física. El diseño de bases de datos lógicas y físicas es quizás el más sencillo. El diseño de base de datos conceptual es un poco más ambiguo porque durante esta fase no hay trabajo directo en un modelo de base de datos. El proceso es únicamente un ejercicio de identificación de datos relevantes.
Dos cosas principales que se están identificando en el diseño conceptual de bases de datos son entidades y relaciones: las entidades son objetos reales en el mundo material y las relaciones son la red de conexiones que unen una entidad a otra indefinidamente. Aquí surge la noción central de este tipo de diseño: el modelo entidad-relación. Esto no incluye la organización y estructura generales que serán inherentes al diseño lógico de la base de datos; sin embargo, es un precursor de él.
Las cardinalidades de relación son una parte esencial del modelo entidad-relación utilizado en el diseño de bases de datos conceptuales. Las cardinalidades expresan la frecuencia con la que una entidad experimenta una relación particular con otra entidad. En el modelo real, estos se indican mediante los puntos en los que una entidad en el diagrama se ramifica para vincularse con una o varias entidades. También se describen en el modelo varios «atributos» como nombres, cualidades y cantidades asociadas con las entidades y relaciones.
Las consideraciones finales en el desarrollo de un modelo entidad-relación para el diseño conceptual de una base de datos incluyen la asignación de cada atributo observado a un dominio particular y una doble verificación para garantizar que todo en el modelo tenga sentido. Verificar todo implica encontrar y filtrar todos los datos repetidos, asegurarse de que todos los atributos estén asociados con las entidades y relaciones correctas y confirmar que todas las asociaciones en el diagrama son lógicas. Si las conexiones no son lógicas en un contexto del mundo real, deben ser lógicas al menos en un nivel abstracto.
El diseño de la base de datos lógica da seguimiento a la fase conceptual. El proceso da orden y coherencia a las relaciones previamente mapeadas y las organiza de tal manera que realmente se pueden utilizar para el diseño de bases de datos físicas. La finalización de las tareas en el diseño de bases de datos físicas da como resultado una base de datos que es funcional y está bien estructurada a la luz del trabajo realizado en el diseño de bases de datos conceptuales y el diseño de bases de datos lógicas.