Дослідження операцій уявляє із себе науковий метод розробки чисельно обґрунтованих рекомендацій з ухвалення оптимальних рішень. Курс «Дослідження операцій» зазвичай скорочують як ДО. Цей науковий метод сприяє перетворенню мистецтва ухвалення рішень у наукову й математичну дисципліну.

Опис будь-якої задачі ДО складається із введення компонентів (чинників) розв’язку, обмежень, що накладаються на них, і системи цілей. Усяка система компонентів розв’язку, яка задовольняє всім обмеженням, називається допустимим розв’язком. Кожна ціль відповідає цільовій функції, що задана на множині допустимих розв’язків, значення якої відображують міру здійснення цілі. Суть задачі ДО полягає в визначенні найбільш доцільних, оптимальних розв’язків. Тому задачі ДО зазвичай називаються оптимізаційними.

Деякі найважливі задачі отримали назву моделей ДО. Вони зазвичай відзначаються змістовною термінологією, і мають специфічні методи розв’язку. До них відносяться транспортна задача, задача розміщення, теорія надійності, теорія заміни устаткування, теорія розкладів (яка називається ще й теорією календарного планування), теорія управління запасами й теорія мережевого планування. Однією з моделей ДО вважається теорія масового обслуговування, хоча ще не всі її задачі набули оптимізаційного характеру.

Деякі задачі ДО відзначаються тим, що мають одну цільову функцію, яка набуває чисельних значень. До них протистоять задачі з декількома цільовими функціями, або з однією цільовою функцією, але такою, що набуває векторних значень або значення ще складнішої природи. Ці задачі називаються багатокритеріальними. Вони розв’язуються шляхом зведення (часто умовного) до задач з єдиною цільовою функцією або на підґрунті використання теорії ігор.

Лише окремі задачі ДО піддаються аналітичному розв’язуванню й порівняно небагато – чисельному розв’язуванню уручну. Тому зростання можливостей ДО тісно пов'язано із прогресом електронної обчислювальної техніки. Оскільки для задач ДО характерна велика кількість числових даних, що складають їхні умови, то для розв’язку цих задач особливо пристосовані обчислювальні машини, які володіють великою пам'яттю. Крім того, необхідні відповідні програми, які володіють функціями з оптимізації наявних даних.