Badania operacyjne (BO) są dyscypliną naukową zajmującą się opracowywaniem i zastosowaniem metod optymalizacji opartych na modelowaniu matematycznym oraz różnych podejściach heurystycznych.
Metody badań operacyjnych są stosowane w sytuacjach, gdy celowe działanie musi zostać zorganizowane i może być przeprowadzone w więcej niż jeden sposób — to znaczy, gdy decyzja musi zostać wybrana z pewnej liczby możliwych alternatyw. Każda alternatywa ma pewne zalety i wady, a w danych okolicznościach nie jest od razu jasne, która alternatywa jest korzystniejsza i dlaczego.
Celem badań operacyjnych jest zapewnienie wstępnego kwantytatywnego uzasadnienia decyzji optymalnych, opartego na mierze skuteczności. Samo podjęcie decyzji leży poza zakresem badań operacyjnych i należy do kompetencji odpowiedzialnego decydenta (DM).
Metody badań operacyjnych są skuteczne w przypadku problemów dobrze ustrukturyzowanych. Problemy dobrze ustrukturyzowane (lub dobrze formalizowalne) dopuszczają sformułowanie kwantytatywne; ich najbardziej istotne zależności są wyrażane za pomocą modeli formalnych i przedstawiane w postaci symbolicznej, gdzie symbole przyjmują wartości liczbowe. Metodologia badań operacyjnych, oprócz obliczeń, poświęca dużą uwagę procesowi formułowania problemu, doborowi modeli matematycznych oraz interpretacji i zrozumieniu wyników obliczeń.
Znaczna część prac z zakresu badań operacyjnych opiera się na metodach programowania matematycznego. W przeciwieństwie do czysto matematycznych metod, dostarczają one narzędzi do formułowania problemów, wyznaczają obszar rozwiązań dopuszczalnych oraz alternatywy rozwiązań. Co więcej, model programowania matematycznego może uwzględniać wiele kryteriów (w postaci funkcji celu i ograniczeń), co zwiększa obiektywność podejmowania decyzji.
Oprócz gałęzi zorientowanej na modele programowania matematycznego, badania operacyjne obejmują również metody i modele oparte na statystyce matematycznej i teorii prawdopodobieństwa. Do metod badań operacyjnych należą także teoria gier, logika matematyczna, teoria grafów i inne metody matematyki dyskretnej.
W wyniku tego wykształciło się wiele odrębnych gałęzi badań operacyjnych, każda oparta na zastosowaniu odmiennych metod: zarządzanie zapasami, wymiana sprzętu, alokacja zasobów i planowanie harmonogramów — to znaczy klasy problemów wywodzące się z głównych sformułowań programowania matematycznego — a także teoria kolejek, modele teoriogrowe konfliktu i konkurencji oraz inne.