Терминът „операция” е ключово понятие в дисциплината операционни изследвания, както подсказва и самото й название. В рамките на дисциплината обаче терминът има строго определен смисъл. Тъй като операционните изследвания първоначално са разработени в подкрепа на военното вземане на решения, значението на термина е близко до „военна операция”. Обектът на моделиране в операционните изследвания е операцията — целенасочена и управляема дейност, при която се използва определен набор от ресурси при зададени ограничения.
Операцията е организирано действие, подчинено на единен план и насочено към постигане на заявена цел (Вентцел, Е. С.).
Въз основа на това определение заслужават внимание две особености.
Първата особеност е, че операцията по своята същност е дейностна; тя се основава на три компонента: целта, средствата и обекта на дейността (онова, към което е насочена дейността).
Втората особеност е, че операцията може да се представи като система от действия или като целенасочена система. Понятието за обединяващ план предполага съществуването на определен план и усилията, вложени в разработването му.
Операцията винаги е управляемо начинание: вземащото решение (ВР) определя как да избере определени параметри на операцията, а изборът на тези параметри влияе върху постигането на целта. Конкретният избор на параметри, зависещи от ВР, представлява решение. Оптималното решение е онова, което по един или друг критерий е за предпочитане пред останалите алтернативи. Методите на операционните изследвания са предназначени за качественото и количественото обосноваване на оптимални решения.
С нарастването на мащаба и сложността на операциите все по-често се сблъскваме с проблеми на оптималното управление на „сложни системи” — системи, съставени от голям брой елементи и подсистеми, организирани по йерархичен принцип. Операционните изследвания са тясно свързани със системния подход и с теорията на решенията.