金属波纹管设计的理论基础是板壳理论、材质力学、计算数学等。波纹管设计的参数较多，由于波纹管在系统中的用途不同，其设计计算的重点也不一样。例如，波纹管用于力平衡元件，要求波纹管在工作范围内其有效面积不变或变化很小；用于测量元件，要求波纹管的弹性特性是线性的；用于真空开关管作真空密封件，要求波纹管的真空密封性、轴向位移量和疲劳寿命；用于阀门作密封件，要求波纹管应具有一定的耐压力、耐为腐蚀、耐温度、工作位移和疲劳寿命。

    金属波纹管的特点是在压力、轴向力、横向力或弯矩作用下均能产生相应的位移，并具有耐压性、真空密封性、耐腐蚀性、温度稳定和长期使用寿命。因此，它在许多工业领域中得到广泛的应用。对于作为弹性敏感元件的波纹管的弹性特性有很高的要求。用作弹性敏感元件的波纹管基本上是把压力变为位移输出或把压力变为集中力输出。把压力变为集中力输出的波纹管变形很小或几乎没有位移，所以在波纹上产生的应力比输出位移的波纹管波纹上的应力要小，而弹性后效、滞后的影响可以说没有，因此，用力平衡式波纹管作弹性敏感元件的仪表的可靠性和精度可以很高。这就是在测量仪表中，多用力平衡式波纹管作弹性敏感元件的原因。把压力变为位移输出的波纹管在波纹上会产生较大的压力，设计时应该注意，同时弹性后效、滞后对波纹管的弹性有一定的影响。

    金属波纹膨胀节广泛应用于各种管路系统中，用来补偿因温度和压力波动造成的轴向、横向和角位移。金属波纹膨胀节的核心零件是波纹管，通过波纹管的可变形性和耐压密封性来进行轴向、横向和角位移，并承受系统的流体压力，其它零件均为结构件，起导向、支撑、连接、导流等作用。根据设计和使用要求，波纹管和有关结构零件按需要的结构焊接成轴向、横向和角向不同类型的波纹膨胀节。金属软管用它的挠性来补偿管路系统中因安装造成的位置偏差和满足工作端各向位移的要求，并承受系统的流体压力。金属软管的核心零件为波纹管，此种波纹管的长度和内径之比一般大于3，波型分为环形和螺旋形，环形的弯曲刚度比螺旋形的小。为了增加金属软管的承压能力，在许多情况下，在波纹管外面销装金属丝或带编织的金属网套。