在全球能源短缺与环保要求升级的背景下，机械设计制造领域对轻量化的需求愈发迫切，而多目标拓扑优化技术凭借其对材料分布的精准优化能力，成为平衡“减重”与“性能保障”的核心手段。本文首先剖析轻量化结构设计的核心价值与实施路径，涵盖轻质材料选型与创新结构设计；其次系统梳理多目标拓扑优化的基本原理、数学模型框架及主流算法特性；随后结合汽车、航空航天、工业装备三大领域的典型案例，验证该技术在减重效率与性能提升上的实际效果；最后总结当前技术瓶颈，并展望与智能制造、AI技术融合的发展方向。研究可为机械产品轻量化设计提供理论支撑与工程实践参考。