Termenul „operație” este conceptul-cheie al disciplinei cercetări operaționale, așa cum sugerează chiar denumirea sa. În cadrul disciplinei, însă, termenul are un sens strict definit. Deoarece cercetările operaționale au fost dezvoltate inițial pentru a sprijini luarea deciziilor militare, termenul este mai apropiat ca sens de „operație militară”. Obiectul modelării în cercetările operaționale este operația — o activitate intenționată și controlată, care utilizează un anumit set de resurse în condiții date de restricții.
O operație este un curs organizat de acțiuni, guvernat de un plan unic și orientat spre atingerea unui scop declarat (Wentzel, E. S.).
Pornind de la această definiție, merită atenție două trăsături.
Prima trăsătură este că o operație are, prin natura sa, un caracter de activitate; ea se sprijină pe trei componente: scopul, mijloacele și obiectul activității (ceea ce vizează activitatea).
A doua trăsătură este că o operație poate fi reprezentată ca un sistem de acțiuni sau ca un sistem orientat spre scop. Conceptul de plan unificator presupune existența unui anumit plan și a efortului depus pentru elaborarea acestuia.
O operație este întotdeauna o acțiune controlată: decidentul (DM) stabilește modul de alegere a anumitor parametri ai operației, iar alegerea acestor parametri influențează atingerea scopului. Alegerea concretă a parametrilor care depind de decident constituie o decizie. Decizia optimă este cea care, potrivit unui criteriu sau altul, este preferabilă alternativelor. Metodele cercetărilor operaționale sunt destinate fundamentării calitative și cantitative a deciziilor optime.
Pe măsură ce operațiile cresc în amploare și complexitate, se întâlnesc tot mai frecvent probleme de control optim al „sistemelor complexe” — sisteme alcătuite dintr-un număr mare de elemente și subsisteme organizate după un principiu ierarhic. Cercetările operaționale sunt strâns legate de abordarea sistemică și de teoria deciziei.