Der Begriff „Operation“ ist, wie schon der Name der Disziplin nahelegt, der Schlüsselbegriff des Operations Research. Innerhalb der Disziplin trägt der Begriff jedoch eine streng definierte Bedeutung. Da das Operations Research ursprünglich zur Unterstützung militärischer Entscheidungsfindung entwickelt wurde, kommt der Begriff dem der „militärischen Operation“ näher. Gegenstand der Modellierung im Operations Research ist eine Operation — eine zielgerichtete und gesteuerte Tätigkeit, bei der ein bestimmter Satz von Ressourcen unter gegebenen Restriktionen eingesetzt wird.
Eine Operation ist ein organisierter, durch einen einheitlichen Plan bestimmter Handlungsablauf, der auf die Erreichung eines festgelegten Ziels gerichtet ist (Wentzel, J. S.).
Ausgehend von dieser Definition verdienen zwei Merkmale besondere Aufmerksamkeit.
Das erste Merkmal besteht darin, dass eine Operation ihrem Wesen nach tätigkeitsbezogen ist; sie beruht auf drei Komponenten: dem Ziel, den Mitteln und dem Gegenstand der Tätigkeit (das, worauf die Tätigkeit gerichtet ist).
Das zweite Merkmal besteht darin, dass eine Operation als ein System von Handlungen oder als ein zielgerichtetes System dargestellt werden kann. Der Begriff des einheitlichen Plans impliziert das Vorhandensein eines bestimmten Plans sowie den Aufwand, der für seine Ausarbeitung betrieben wird.
Eine Operation ist stets ein gesteuertes Unterfangen: Ein Entscheidungsträger (ET) legt fest, wie bestimmte Parameter der Operation gewählt werden, und die Wahl dieser Parameter beeinflusst die Erreichung des Ziels. Die konkrete Wahl der Parameter, die vom ET abhängen, stellt eine Entscheidung dar. Die optimale Entscheidung ist jene, die nach dem einen oder anderen Kriterium den Alternativen vorzuziehen ist. Die Methoden des Operations Research dienen der qualitativen und quantitativen Begründung optimaler Entscheidungen.
Mit zunehmendem Umfang und wachsender Komplexität der Operationen sieht man sich zunehmend mit Problemen der optimalen Steuerung „komplexer Systeme“ konfrontiert — Systemen, die aus einer großen Zahl von Elementen und Teilsystemen bestehen, welche nach einem hierarchischen Prinzip organisiert sind. Das Operations Research ist eng mit dem Systemansatz und der Entscheidungstheorie verbunden.