¿Cómo se usan las matemáticas en el diseño web para determinar elementos como la altura de las secciones, el relleno entre los elementos, el tamaño de la tipografía, etc.?

Para la mayoría de los elementos, no lo es, a menos que consideres que las matemáticas teclean un número arbitrario (o uno al que se llegó mediante prueba y error).

El diseño no se puede sistematizar realmente de esa manera, implica una estética subjetiva, práctica y limitaciones de tiempo. ¿Se ve bien esta cantidad arbitraria de relleno? Sé que el texto y los encabezados de este tamaño se veían bien en 24 de los últimos proyectos, ¿lo vuelvo a hacer? ¿Puedo configurar la misma cantidad de relleno para todos los divs y ahorrarme algo de trabajo?

Algunas secciones de Internet relacionadas con el diseño adoran fetichizar la proporción áurea. En general, puede clasificar la mayoría de los artículos / publicaciones sobre el tema como [en el mejor de los casos] información no práctica que debe tomarse con un grano de sal, después de eso se trata principalmente de basura de personas que no tienen idea de lo que están hablando. ¿Leer el artículo de Wikipedia? Felicidades, ahora sabes más de lo que necesitas saber sobre la proporción áurea.

Facilitaría mucho el diseño si se tratara de conectar códigos de proporción áurea a todo y recuperar la belleza, pero este no es el caso.

* Las escalas tipográficas aparecen con un poco más de frecuencia y pueden seguir secuencias (Fibonacci, musicales, etc.). En realidad, configurar la tipografía de esta manera es un gran dolor de cabeza, incluso con las herramientas, y tiene beneficios dudosos que probablemente deberán sobrescribirse, por lo que hacerlo desde cero en un sitio web de producción generalmente no va a suceder.