חלק מהותי בעבודת מהנדס המערכות הוא הגדרת הדרישות ועבודה מול בעלי העניין: המשתמש הסופי והצורך האמיתי שלו, לקוחות, ספקים ועוד. כדי להביא את הערך המרבי ללקוח נדרש לבצע תהליך מקיף של ניתוח הצורך מול המענה הטכני האפשרי. רק אז ניתן להגיע לבחינה נכונה של החלופה המערכתית המיטבית. המשתמש, הלקוח ויתר בעלי העניין הרלוונטיים צריכים להיכנס כשותפים לתוך מעגל התכן, הגדרת הדרישות והנדסת המערכות.
השלב הראשון בהנדסת מערכות הוא מיצוי צרכים וניתוחם. הצרכים של הלקוח עשויים לכלול כמה היבטים:נושאי ביצועים, בטיחות, ממשק למערכות קיימות ועוד. לצד דרישות הלקוח יש אילוצים הנובעים מהצורך בהתאמה למערכת־על מבחינת גדלים, מידות או ממשקים למכלולים קיימים, מגבלות של חוקים ותקנות, התבססות על טכנולוגיית פיתוח או ייצור קיימת ועוד. הדרך הפשוטה למיצוי הצרכים היא עבודה על בסיס מסמך כתוב של הלקוח.