Операционните изследвания (ОИ) са научна дисциплина, свързана с разработването и прилагането на методи за оптимизация, базирани на математическото моделиране и различни евристични подходи.
Методите на операционните изследвания се прилагат в ситуации, при които целенасочено начинание трябва да бъде организирано и може да се осъществи по повече от един начин — тоест когато трябва да се избере решение измежду няколко възможни алтернативи. Всяка алтернатива има определени предимства и недостатъци, и при дадените обстоятелства не е веднага ясно коя алтернатива е за предпочитане и защо.
Целта на операционните изследвания е да осигурят предварителна количествена обосновка на оптимални решения, основана на мярка за ефективност. Самото вземане на решението остава извън обхвата на операционните изследвания и е в компетенциите на отговорния вземащ решение (ВР).
Методите на операционните изследвания са ефективни за добре структурирани проблеми. Добре структурираните (или добре формализируемите) проблеми допускат количествена формулировка; най-съществените им зависимости се изразяват чрез формални модели и се представят в символен вид, при който символите приемат числени стойности. Методологията на операционните изследвания, освен на изчисленията, отделя голямо внимание на процеса на формулиране на проблема, избора на математически модели, както и на интерпретацията и разбирането на получените изчислителни резултати.
Голяма част от работата в операционните изследвания се основава на методите на математическото програмиране. За разлика от чисто математическите методи, те предоставят инструменти за формулиране на проблема, дават приемлива област на решения и алтернативи за решение. Освен това моделът на математическо програмиране може да отчита множество критерии (под формата на целева функция и ограничения), което повишава обективността на вземането на решения.
Наред с направлението, ориентирано към моделите на математическото програмиране, операционните изследвания включват и методи и модели, основани на математическата статистика и теорията на вероятностите. Методите на операционните изследвания включват също теория на игрите, математическа логика, теория на графите и други методи на дискретната математика.
В резултат на това са се обособили редица самостоятелни направления на операционните изследвания, всяко от които се основава на прилагането на различни методи: управление на запасите, подмяна на оборудване, разпределение на ресурси и планиране на графици — тоест класове задачи, произхождащи от основните формулировки на математическото програмиране — а също и теория на масовото обслужване, теоретико-игрови модели на конфликт и конкуренция, и други.