Исследование операций включает в себя чрезвычайно широкий спектр методов и задач, всегда бывает связано с необходимостью принятия решения, по возможности наиболее оптимального. Каждое исследование сопровождается последовательностью выполнения таких этапов, как постановка задачи, построение математической модели, нахождение или разработка метода решения, проверка и корректи­ровка модели, реализация найденного решения на практике.

Часто оказывается, что достижение некоторого результата может быть выполнено не единственным способом.  В таких случаях приходится отыскивать наилучший способ.  Но в разных ситуациях  наилучшими могут оказаться совершенно разные решения. Это зависит от выбранного или заранее заданного критерия.

На практике оказывается, что часто понятие "наилучший" может быть определено количественно: минимум затрат, максимум скорости, прибыли, минимум отклонений от нормы и т.д.

Поэтому в таких случаях возможна постановка математических задач поиска оптимального решения (наименьшего или наибольшего). Задачи на отыскание оптимального решения называют оптимизационными. Как правило, оптимальный результат находится не сразу, а в результате процесса  оптимизации. Применяемые методы называют методами оптимизации.