Mục đích của pha thiết kế trong Gaia là chuyển các mô hình trong pha phân tích sang mức trừu tượng thấp hơn (tương tự như trong thiết kế hướng đối tượng) nhằm hướng tới việc cài đặt hệ thống. Nói cách khác, pha thiết kế nhằm trả lời câu hỏi làm thế nào để xã hội các agent thông qua tương tác đạt được đích của hệ thống, và riêng với các agent thì cần những gì để đạt được điều đó.
Pha thiết kế trong Gaia bao gồm ba mô hình: mô hình agent xác định các kiểu agent trong hệ thống và các agent cụ thể trong hệ thống sẽ là các thể hiện của các kiểu agent này; mô hình dịch vụ xác định các dịch vụ chính cần có để thực hiện các role trong kiểu agent tương ứng; còn mô hình thu thập tri thức nhằm biểu diễn liên lạc giữa các agent khác nhau. Ta sẽ xem xét cụ thể từng mô hình:
Mô hình agent
Mục đích là xác định các kiểu agent có thể sử dụng trong quá trình phát triển hệ thống. Một kiểu agent là một tập các role. Trên thực tế có thể tồn tại các tương ứng 1-1 giữa các role và các kiểu agent. Tuy nhiên, điều này là không bắt buộc, người thiết kế có thể chọn một số role một số role có liên quan vào trong cùng một kiểu agent cho phù hợp.
Với mỗi kiểu agent, người thiết kế có thể xác định số agent thể hiện có thể có thông qua một chú giải ghi bên dưới tên lớp agent như sau. Nếu số chú giải có dạng là một số n thì sẽ có chính xác n thể hiện, nếu là m..n thì sẽ có ít nhất là m và nhiều nhất là n thể hiện, nếu là * có thể có 0 đến nhiều thể hiện, còn nếu là + thì có nghĩa là có từ 1 đến nhiều thể hiện.
Mô hình dịch vụ
Xác định các dịch vụ kết hợp với mỗi role và đặc tả các thuộc tính chính của dịch vụ đó. Có thể xem mỗi dịch vụ là một chức năng của agent. Mỗi dịch vụ sẽ có các thuộc tính như đầu vào, đầu ra, các điều kiện đầu vào (pre-conditions) và các điều kiện đầu ra (post-conditions). Các điều kiện đầu vào và đầu ra xác định các ràng buộc cho dịch vụ đó.
Mô hình thu thập tri thức
Xác định các liên lạc giữa các kiểu agent đã tồn tại. Mô hình không xác định thông điệp gì được gửi đi và khi nào gửi đi, mà chỉ đơn giản là chỉ ra các phiên liên lạc đang tồn tại. Mục đích của mô hình này là nhằm phát hiện ra các “nút cổ chai” có thể có trong thời gian hoạt động của hệ thống. Một mô hình có dạng như một đồ thị với các node là các kiểu agent.