En la etapa del diseño físico se parte del esquema lógico global obtenido durante la etapa del diseño lógico y se obtiene una descripción de la implementación de la base de datos en memoria secundaria. Esta descripción es completamente dependiente del sistema de gestión de bases de datos específico que se vaya a utilizar. Es más, el diseño de las relaciones base sólo se puede realizar cuando el diseñador conoce perfectamente toda la funcionalidad que presenta dicho sistema.
Una metodología de diseño físico para bases de datos relacionales ofrecerá una serie de directrices para escoger las estructuras de almacenamiento de las relaciones base, decidir cuándo crear índices y cuándo desnormalizar el esquema lógico e introducir redundancias.