La Investigación de Operaciones (I.O.) es la aplicación de métodos, técnicas e instrumentos científicos a los problemas que involucran las operaciones de un sistema, de modo que proporcione soluciones óptimas. Procede de la Administración Científica en tanto que adopta el método científico para la solución de problemas, con énfasis en el juicio objetivo sobre el subjetivo.

El método de acción de la I.O. se desarrolla en seis fases:

1. Formular el problema: análisis de los sistemas, los objetivos y las alternativas de acción.
2. Construir un modelo para representar el sistema: expresa la eficacia del sistema en estudio como función de un conjunto de variables, de las cuales al menos una está sujeta a control.
3. Deducir una solución del modelo: dos tipos de procedimientos para derivar una solución óptima de un modelo: a) proceso analítico; b) proceso numérico.
4. Probar el modelo y la solución: Un modelo es sólo la representación parcial de la realidad, por lo que es bueno cuando consigue prever con exactitud  el efecto de los cambios en el sistema y la eficiencia general de éste.
5. Establecer un control sobre la solución: Una solución calcada de un modelo solamente será una solución si las variables no controladas conservan sus valores y las relaciones entre las variables en ese modelo se mantienen constantes.
6. Implantación de la solución: La solución a prueba necesita transformarse en una serie de procesos operacionales que han de ser entendidos y aplicados por el personal que será responsable de su empleo.

Las principales características de la I.O. son:

1. Se preocupa por las operaciones de toda la organización y no sólo por una división, ya que considera el sistema como un todo.
2. Busca perfeccionar y dinamizar las operaciones con el fin de proporcionar mayor seguridad a la organización, tanto a corto como a largo plazo.
3. Aplica los más recientes métodos y técnicas científicas.
4. Busca proyectar y aplicar operaciones experimentales que representan operaciones reales.
5. Se basa en técnicas avanzadas de análisis cuantitativo.
6. Se refiere a la operación como un todo y no a la máquina o al hombre. Su interés es la ejecución, ya que es investigación con propósito operacional.