Pode-se dizer que a pesquisa operacional emprega o método científico para estudar e explicar fenômenos associados a sistemas funcionais, já que, dentro dessa disciplina, é estudada uma gama específica de fenômenos do mundo real. Esses sistemas frequentemente incluem pessoas e mecanismos que operam em condições reais, sendo que a palavra "mecanismo" é usada em um sentido suficientemente amplo para abranger todos os casos — desde dispositivos mecânicos comumente identificados por seus nomes, até estruturas sociais complexas que funcionam de acordo com regras estabelecidas.
A disciplina científica conhecida como pesquisa operacional observa fenômenos reais associados a sistemas funcionais, desenvolve teorias (que muitos pesquisadores chamam de modelos) destinadas a explicar esses fenômenos, usa essas teorias para descrever o que ocorrerá quando as condições mudarem e verifica as previsões por meio de novas observações.
Assim, a pesquisa operacional é uma ciência, pois utiliza o método científico para obter conhecimento relevante e se diferencia das demais ciências pelo seu objeto de estudo. Ela investiga fenômenos associados a sistemas funcionais de maneiras raramente abordadas por outras ciências.
O surgimento da pesquisa operacional como disciplina científica foi impulsionado pela necessidade urgente de resolver importantes problemas práticos. Em sua formação e desenvolvimento, os cientistas que conduziram os estudos correspondentes não apenas lançaram as bases de uma nova direção científica, mas também aplicaram suas descobertas à resolução de problemas práticos. Durante a segunda e a terceira décadas de sua existência, os grupos de pesquisa operacional cresceram e se diversificaram em suas áreas de atuação. Entretanto, a estreita conexão entre os aspectos de pesquisa e os aspectos práticos de seu trabalho permaneceu uma característica marcante da disciplina: o termo "pesquisa operacional" enfatiza precisamente essa inseparabilidade. Assim, a pesquisa operacional abrange tanto o estudo científico dos sistemas quanto os tipos correspondentes de atividade técnica direcionados à implementação prática dos resultados de tais estudos.
No entanto, esses aspectos aplicados da pesquisa operacional envolvem não apenas a aplicação direta do conhecimento obtido pelo uso da teoria, mas também requerem um elemento criativo (orientando o trabalho nas direções desejadas), bem como habilidade profissional e experiência prática em projeto (direcionadas ao cumprimento das tarefas exigidas ou à resolução de problemas importantes). Além disso, é importante garantir a implementação dos resultados.