“Operasyon” terimi, adından da anlaşılacağı gibi, yöneylem araştırması disiplininin temel kavramıdır. Ancak bu disiplin içinde terim kesin bir şekilde tanımlanmış bir anlam taşır. Yöneylem araştırması başlangıçta askeri karar vermeyi desteklemek amacıyla geliştirildiğinden, terim anlam bakımından “askeri operasyona” daha yakındır. Yöneylem araştırmasında modellemenin nesnesi bir operasyondur — belirli kısıtlar altında belirli bir kaynak kümesini kullanan, amaçlı ve denetimli bir faaliyettir.
Operasyon, tek bir plana bağlı olarak yürütülen ve belirtilen bir amaca ulaşmayı hedefleyen düzenli bir eylem sürecidir (Ventsel, Ye. S.).
Bu tanımdan hareketle iki özellik dikkat çekmektedir.
Birinci özellik, operasyonun özünde faaliyete dayalı olmasıdır; operasyon üç bileşene dayanır: amaç, araç ve faaliyetin nesnesi (faaliyetin yöneldiği şey).
İkinci özellik, operasyonun eylemlerden oluşan bir sistem olarak veya amaca yönelik bir sistem olarak temsil edilebilmesidir. Birleştirici bir plan kavramı, belirli bir planın var olduğunu ve bu planın geliştirilmesine harcanan çabayı ima eder.
Operasyon her zaman denetimli bir girişimdir: karar verici (KV), operasyonun belirli parametrelerinin nasıl seçileceğini belirler ve bu parametrelerin seçimi amaca ulaşılmasını etkiler. KV’ye bağlı parametrelerin belirli bir seçimi bir kararı oluşturur. En iyi karar, şu ya da bu ölçüte göre diğer seçeneklere tercih edilen karardır. Yöneylem araştırması yöntemleri, en iyi kararların nitel ve nicel olarak gerekçelendirilmesi için tasarlanmıştır.
Operasyonlar ölçek ve karmaşıklık bakımından büyüdükçe, giderek daha fazla “karmaşık sistemlerin” — hiyerarşik bir ilkeye göre organize edilmiş çok sayıda öge ve alt sistemden oluşan sistemlerin — en iyi şekilde denetlenmesi problemleriyle karşı karşıya kalınmaktadır. Yöneylem araştırması, sistem yaklaşımı ve karar teorisi ile yakından bağlantılıdır.