تحقیق در عملیات (به انگلیسی: Operations research) یا پژوهش عملیاتی، یکی از زیرشاخههای ریاضیات کاربردی است، که جنبههای کاربردی آن در مهندسی صنایع مورد توجه قرار میگیرد. تحقیق در عملیات تکنیکی است به منظور بکار بستن روشهای تحلیلی توسعه یافته، برای کمک به تصمیمگیری بهتر. تحقیق در عملیات با استفاده از روشهایی نظیر، مدلسازی ریاضی، به منظور تحلیل شرایط پیچیده، همواره به مدیران اجرایی توانایی اتخاذ تصمیمهای مناسبتر و ایجاد سیستم کارا، بهینه و ثمر بخش را خواهد داد.
تحقیق در عملیات شاخهای میانرشتهای از ریاضیات است که برای یافتن نقطه بهینه در مسائل بهینهسازی، از گرایشهایی مانند برنامهریزی ریاضی، آمار و طراحی الگوریتمها استفاده میکند. یافتن نقطه بهینه براساس نوع مسئله مفاهیم مختلف دارد و در تصمیمسازیها استفاده میشود. مسائل تحقیق در عملیات بر بیشینهسازی (مانند سود بیشتر، سرعت خط تولید بالاتر و یا پهنای باند بیشتر) یا کمینهسازی (مانند هزینه کمتر و یا کاهش ریسک) با استفاده از یک یا چند قید، تمرکز دارند. ایدهٔ اصلی تحقیق در عملیات یافتن بهترین پاسخ برای مسائل پیچیدهای است که با زبان ریاضی مدلسازی شدهاند و باعث بهبود یا بهینهسازی عملکرد یک سامانه میشوند.