Puede afirmarse que en la investigación de operaciones se utiliza el método científico para estudiar y explicar los fenómenos vinculados con los sistemas funcionales, ya que en el marco de esta disciplina se estudia un determinado círculo de fenómenos de la realidad. Tales sistemas incluyen con frecuencia personas y mecanismos que actúan en condiciones del mundo real, entendiendo la palabra «mecanismo» en un sentido suficientemente amplio, que abarca todos los casos: desde los dispositivos mecánicos habitualmente designados por sus nombres hasta las complejas estructuras sociales que funcionan de acuerdo con reglas establecidas.
La disciplina científica denominada investigación de operaciones observa los fenómenos reales vinculados con los sistemas funcionales, elabora teorías (que muchos investigadores denominan modelos) destinadas a explicar dichos fenómenos, utiliza estas teorías para describir lo que sucederá al modificar las condiciones y verifica las predicciones mediante nuevas observaciones.
De este modo, la investigación de operaciones es una ciencia, pues esta disciplina utiliza el método científico para la obtención de los correspondientes conocimientos y se distingue de otras ciencias por su objeto de investigación. Estudia los fenómenos vinculados con los sistemas funcionales en un aspecto que apenas es considerado por otras ciencias.
El nacimiento de la investigación de operaciones como disciplina científica estuvo determinado por la exigencia apremiante de resolver importantes problemas prácticos. Por ello, en el proceso de formación y desarrollo de la investigación de operaciones, los científicos que llevaban a cabo las investigaciones correspondientes no solo sentaron las bases de una nueva dirección científica, sino que también utilizaron los conocimientos obtenidos para la resolución práctica de problemas. Durante el segundo y el tercer decenio de su existencia, los grupos de investigación de operaciones crecieron considerablemente y se diferenciaron notablemente entre sí por sus orientaciones. Sin embargo, la estrecha vinculación entre los aspectos investigadores y prácticos se mantuvo como rasgo característico de la disciplina: el propio término «investigación de operaciones» subraya precisamente su inseparabilidad. Así pues, la investigación de operaciones incluye tanto la investigación científica de los sistemas como las correspondientes actividades técnicas dirigidas a la implementación práctica de los resultados de dichas investigaciones.
Sin embargo, estos aspectos aplicados de la investigación de operaciones no suponen una mera aplicación de los conocimientos obtenidos a partir de la teoría, sino que exigen también la presencia de un componente creativo (la orientación del trabajo en las direcciones deseadas), así como la competencia y las destrezas profesionales en el diseño práctico (encaminadas al cumplimiento de las tareas requeridas o a la resolución de problemas importantes). Además, es importante asegurar la implementación de los resultados de los trabajos.