「オペレーション」という語は、その名が示すとおり、オペレーションズ・リサーチという学問の鍵となる概念である。ただしこの学問のなかで、この語は厳密に定められた意味をもつ。オペレーションズ・リサーチはもともと軍事上の意思決定を支えるために発展したので、この語の意味は「軍事作戦」に近い。オペレーションズ・リサーチにおけるモデリングの対象はオペレーションである。すなわち、与えられた制約のもとで一定の資源を用いる、目的をもった制御しうる活動である。
オペレーションとは、単一の計画によって統べられ、掲げられた目標の達成に向けられた、組織された行動の道筋である（ヴェンツェリ Е・С）。
この定義にもとづくと、二つの特徴に注意が向く。
第一の特徴は、オペレーションが本来的に活動にもとづくものであり、目標、手段、そして活動の対象（活動が向けられる先）という三つの構成要素のうえに成り立っていることである。
第二の特徴は、オペレーションが行為のシステムとして、あるいは目標志向的なシステムとして表現しうることである。統一的な計画という概念は、一定の計画が存在すること、そしてその立案に注がれる労力が存在することを含意している。
オペレーションはつねに制御された営みである。意思決定者（DM）がオペレーションの一定のパラメータをどう選ぶかを定め、これらのパラメータの選択が目標の達成を左右する。意思決定者に依存するパラメータの具体的な選択が、決定をなす。最適な決定とは、なんらかの基準によってほかより望ましいとされる決定である。オペレーションズ・リサーチの方法は、最適な決定を質的にも量的にも根拠づけるために作られている。
オペレーションの規模と複雑さが増すにつれて、「複雑システム」——多数の要素とサブシステムからなり、階層の原則にしたがって組織されたシステム——の最適制御の問題にますます直面するようになる。オペレーションズ・リサーチは、システムアプローチおよび意思決定理論と密接に結びついている。