La investigación de operaciones, también llamada investigación operativa, es una disciplina que se ocupa de la aplicación de métodos analíticos avanzados para ayudar a tomar mejores decisiones.[1]​  Se la conoce también como ciencia administrativa, siendo parte de la disciplina administrativa.[2]​  El origen de la IO moderna se sitúa en la 2.ª Guerra Mundial y en el bando aliado. Posiblemente contribuyó en gran medida a que ganaran la guerra. De hecho, alguno de los descubrimientos de esos años (el control de calidad secuencial de Wald) continuó siendo secreto militar hasta varios años después de terminada la guerra. Los ejércitos son organizaciones complejas con problemas complejos de coordinación y logística, de producción y distribución de armas, de intendencia, de estrategias de avance y despliegue de tropas. El mando aliado reunió a científicos de diversas áreas (matemáticos, físicos, ingenieros, estadísticos, economistas, entre otros) para abordar esos problemas complejos. El nombre de IO viene de ese objetivo bélico: investigar las operaciones (militares).[3]​
A menudo se considera que es un subcampo de las matemáticas aplicadas.[4]​ Los términos ciencia de la gestión y teoría de la decisión a veces se usan como sinónimos.[5]​
Empleando técnicas de otras ciencias matemáticas, como modelado matemático, análisis estadístico y optimización, la investigación de operaciones llega a soluciones óptimas o casi óptimas para problemas complejos de toma de decisiones. Debido a su énfasis en la interacción humano-tecnología y debido a su enfoque en aplicaciones prácticas, la investigación de operaciones se superpone con otras disciplinas, en particular la ingeniería industrial y la administración de la producción, y se basa en la psicología y en la ciencia de la organización. La investigación de operaciones a menudo se ocupa de determinar los valores extremos de algún objetivo del mundo real: los máximos (de ganancia, rendimiento o rentabilidad) o mínimos (de pérdida, riesgo o costo). Originada en los esfuerzos militares previos a la Segunda Guerra Mundial, sus técnicas han crecido para tratar problemas en distintas industrias.[6]​