البحوث العملياتية أو بالإنجليزية: Operations Research هو فرع من فروع الرياضيات التطبيقية يهتم بتحسين عمليات و طرائق معينة و يرجع أصل الكلمة إلى الميدان العسكري. كانت الأسئلة المطروحة من نوع: ما هو العدد الأنسب من السفن الحربية لحماية مجموعة سفن أو ماهي المساحة الأمثل للقصف لتحقيق أكبر دقة ممكنة و أقل تبعثر. بعد الحرب العالمية الثانية أصبحت مواضيع أخرى أكثر حضورا و سخرت الجهود في الدراسات الإقتصادية.
للبحوث العملياتية تطبيقات أيضا في الهندسة و العلوم الإقتصادية لذلك فهي تسمى أحيانا أيضا البحوث المؤسساتية.
يمكن تقسيم عملية التحسين السابقة الذكر إلى قسمين تحسين خطي و تحسين غير خطي.
و تتطلب البحوث العملياتية عدة مهارات رياضية من أهمها الحساب بالمصفوفات علم الإحتمال و نظرية المخططات (graph theory)