อาจกล่าวได้ว่าการวิจัยดำเนินการใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์เพื่อศึกษาและอธิบายปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับระบบเชิงหน้าที่ เนื่องจากภายในสาขาวิชานี้มีการศึกษาปรากฏการณ์เฉพาะกลุ่มหนึ่งในโลกแห่งความเป็นจริง ระบบเช่นนี้มักประกอบด้วยผู้คนและกลไกที่ทำงานภายใต้สภาวะจริง โดยคำว่า “กลไก” ถูกใช้ในความหมายที่กว้างเพียงพอที่จะครอบคลุมทุกกรณี ตั้งแต่อุปกรณ์เชิงกลที่มักถูกระบุด้วยชื่อเรียกทั่วไป ไปจนถึงโครงสร้างทางสังคมที่ซับซ้อนซึ่งทำงานตามกฎเกณฑ์ที่กำหนดไว้
สาขาวิชาทางวิทยาศาสตร์ที่เรียกว่าการวิจัยดำเนินการนั้นสังเกตปรากฏการณ์จริงที่เกี่ยวข้องกับระบบเชิงหน้าที่ พัฒนาทฤษฎี (ซึ่งนักวิจัยจำนวนมากเรียกว่าแบบจำลอง) เพื่ออธิบายปรากฏการณ์เหล่านี้ ใช้ทฤษฎีดังกล่าวเพื่ออธิบายสิ่งที่จะเกิดขึ้นเมื่อเงื่อนไขเปลี่ยนแปลง และตรวจสอบยืนยันการคาดการณ์ด้วยการสังเกตครั้งใหม่
ดังนั้น การวิจัยดำเนินการจึงเป็นศาสตร์แขนงหนึ่ง เนื่องจากใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์เพื่อให้ได้มาซึ่งความรู้ที่เกี่ยวข้อง และแตกต่างจากศาสตร์อื่นตรงหัวข้อการศึกษา โดยศึกษาปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับระบบเชิงหน้าที่ในลักษณะที่ศาสตร์อื่นแทบไม่ได้กล่าวถึง
การถือกำเนิดของการวิจัยดำเนินการในฐานะสาขาวิชาทางวิทยาศาสตร์เกิดจากความจำเป็นเร่งด่วนในการแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติที่สำคัญ ในกระบวนการก่อตัวและพัฒนานั้น นักวิทยาศาสตร์ผู้ดำเนินการศึกษาที่เกี่ยวข้องไม่เพียงแต่วางรากฐานให้กับทิศทางทางวิทยาศาสตร์ใหม่เท่านั้น แต่ยังนำผลการค้นพบไปประยุกต์ใช้ในการแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติอีกด้วย ในช่วงทศวรรษที่สองและสามของการดำรงอยู่ กลุ่มนักวิจัยดำเนินการเติบโตขึ้นและมีความหลากหลายในด้านความสนใจ อย่างไรก็ตาม ความเชื่อมโยงอันแน่นแฟ้นระหว่างงานวิจัยกับด้านปฏิบัติของงานยังคงเป็นลักษณะเฉพาะของสาขาวิชานี้ กล่าวคือคำว่า “การวิจัยดำเนินการ” เน้นย้ำถึงความแยกไม่ออกของทั้งสองด้านนี้อย่างชัดเจน ดังนั้น การวิจัยดำเนินการจึงครอบคลุมทั้งการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับระบบ และกิจกรรมเชิงเทคนิคประเภทที่สอดคล้องกันซึ่งมุ่งไปที่การนำผลการศึกษาดังกล่าวไปปฏิบัติจริง
อย่างไรก็ตาม แง่มุมเชิงประยุกต์เหล่านี้ของการวิจัยดำเนินการไม่ได้เกี่ยวข้องเพียงแค่การนำความรู้ที่ได้จากการใช้ทฤษฎีไปประยุกต์ใช้อย่างตรงไปตรงมาเท่านั้น แต่ยังต้องอาศัยองค์ประกอบเชิงสร้างสรรค์ (การกำหนดทิศทางงานไปสู่เป้าหมายที่ต้องการ) รวมถึงทักษะทางวิชาชีพและความเชี่ยวชาญในการออกแบบเชิงปฏิบัติ (ที่มุ่งไปสู่การบรรลุภารกิจที่กำหนดหรือการแก้ปัญหาที่สำคัญ) นอกจากนี้ ยังจำเป็นต้องให้ความสำคัญกับการรับรองการนำผลลัพธ์ไปปฏิบัติจริง