La investigación de operaciones es una disciplina científica dedicada al desarrollo y la aplicación de métodos de optimización basados en el modelado matemático y diversos enfoques heurísticos.
Los métodos de la investigación de operaciones se aplican en aquellos casos en que es necesario organizar una actuación orientada a un fin que puede llevarse a cabo de distintos modos, es decir, cuando es preciso elegir una decisión entre varias alternativas posibles. Cada una de las alternativas presenta ciertas ventajas e inconvenientes, y dada la complejidad de la situación no resulta evidente de inmediato cuál de ellas es preferible y por qué.
El objetivo de la investigación de operaciones es la fundamentación cuantitativa previa de las decisiones óptimas, apoyándose en un indicador de eficiencia. La propia toma de decisión queda fuera del alcance de la investigación de operaciones y pertenece a la competencia del responsable (o los responsables) de la toma de decisiones (el decisor).
Los métodos de la investigación de operaciones resultan eficaces en relación con los problemas bien estructurados. Los problemas (tareas) bien estructurados (o bien formalizables) admiten una formulación cuantitativa; sus dependencias más esenciales se expresan mediante modelos objetivos y se representan en forma simbólica, donde los símbolos asumen valores numéricos. La metodología de la investigación de operaciones, además de los cálculos, presta atención al proceso de planteamiento del problema, a la elección de los modelos matemáticos, a la interpretación y comprensión de los resultados del cálculo.
Muchos trabajos de investigación de operaciones se basan en los métodos de la programación matemática. A diferencia de los métodos puramente matemáticos, estos disponen de medios para el planteamiento del problema, permiten obtener la región de soluciones admisibles y las distintas alternativas de solución. Además, el modelo de programación matemática permite tener en cuenta varios criterios (en forma de función objetivo y restricciones), lo que incrementa la objetividad de la toma de decisiones.
Junto con la dirección orientada a los modelos de programación matemática, la investigación de operaciones incluye métodos y modelos basados en la estadística matemática y la teoría de la probabilidad. Entre los métodos de la investigación de operaciones figuran también los métodos de la teoría de juegos, la lógica matemática, la teoría de grafos y otros métodos de la matemática discreta.
De este modo, se han configurado diversas líneas de la investigación de operaciones basadas en la aplicación de distintos métodos: operaciones de gestión de inventarios, operaciones de determinación de desgaste y sustitución de equipos, operaciones de asignación, operaciones de programación de horarios y planificación temporal —es decir, líneas basadas en los principales problemas de la programación matemática—, operaciones de atención masiva (teoría de colas), operaciones conflictivas basadas en la teoría de juegos, etc.