數據庫物理設計階段的任務是根據具體計算機系統(DBMS和硬件等)的特點，為給定的數據庫模型確定合理的存儲結構和存取方法。所謂的“合理”主要有兩個含義：一個是要使設計出的物理數據庫占用較少的存儲空間，另一個對數據庫的操作具有盡可能高的速度。
為了設計數據庫的物理結構，設計人員必須充分了解所用DBMS的內部特征；充分了解數據系統的實際應用環境，特別是數據應用處理的頻率和響應時間的要求；充分了解外存儲設備的特性。數據庫的物理結構設計大致包括：確定數據的存取方法、確定數據的存儲結構。
物理結構設計階段實現的是數據庫系統的內模式，它的質量直接決定了整個系統的性能。因此在確定數據庫的存儲結構和存取方法之前，對數據庫系統所支持的事務要進行仔細分析，獲得優化數據庫物理設計的參數。
對於數據庫查詢事務，需要得到如下信息：
l 要查詢的關系。
l 查詢條件(即選擇條件)所涉及的屬性。
l 連接條件所涉及的屬性。
l 查詢的投影屬性。
對於數據更新事務，需要得到如下信息：
l 要更新的關系。
l 每個關系上的更新操作的類型。
l 刪除和修改操作所涉及的屬性。
l 修改操作要更改的屬性值。
上述這些信息是確定關系存取方法的依據。除此之外，還需要知道每個事務在各關系上運行的頻率，某些事務可能具有嚴格的性能要求。例如，某個事務必須在20秒內結束。這種時間約束對於存取方法的選擇有重大的影響。需要了解每個事務的時間約束。
值得注意的是，在進行數據庫物理結構設計時，通常並不知道所有的事務，上述信息可能不完全。所以，以后可能需要修改根據上述信息設計的物理結構，以適應新事務的要求。
1. 確定關系模型的存取方法
確定數據庫的存取方法，就是確定建立哪些存儲路徑以實現快速存取數據庫中的數據。現行的DBMS一般都提供了多種存取方法，如索引法、HASH法等。其中，最常用的是索引法。
數據庫的索引類似書的目錄。在書中，目錄允許用戶不必瀏覽全書就能迅速地找到所需要的位置。在數據庫中，索引也允許應用程序迅速找到表中的數據，而不必掃描整個數據庫。在書中，目錄就是內容和相應頁號的清單。在數據庫中，索引就是表中數據和相應存儲位置的列表。使用索引可以大大減少數據的查詢時間。
但需要注意的是索引雖然能加速查詢的速度，但是為數據庫中的每張表都設置大量的索引並不是一個明智的做法。這是因為增加索引也有其不利的一面：首先，每個索引都將占用一定的存儲空間，如果建立聚簇索引(會改變數據物理存儲位置的一種索引)，占用需要的空間就會更大；其次，當對表中的數據進行增加、刪除和修改的時候，索引也要動態地維護，這樣就降低了數據的更新速度。
在創建索引的時候，一般遵循以下的一些經驗性原則：
l 在經常需要搜索的列上建立索引。
l 在主關鍵字上建立索引。
l 在經常用於連接的列上建立索引，即在外鍵上建立索引。
l 在經常需要根據范圍進行搜索的列上創建索引，因為索引已經排序，其指定的范圍是連續的。
l 在經常需要排序的列上建立索引，因為索引已經排序，這樣查詢可以利用索引的排序，加快排序查詢的時間。
l 在經常成為查詢條件的列上建立索引。也就是說，在經常使用在WHERE子句中的列上面建立索引。
同樣，對於某些列不應該創建索引。這時候應該考慮下面的指導原則：
l 對於那些在查詢中很少使用和參考的列不應該創建索引。因為既然這些列很少使用到，有索引並不能提高查詢的速度。相反，由於增加了索引，反而降低了系統的維護速度和增大了空間需求。
l 對於那些只有很少值的列不應該建立索引。例如，人事表中的“性別”列，取值范圍只有兩項：“男”或“女”。若在其上建立索引，則平均起來，每個屬性值對應一半的元組，用索引檢索，並不能明顯加快檢索的速度。