การวิจัยดำเนินงาน บ้างเรียก การวิจัยปฏิบัติการหรือ การวิจัยเชิงปฏิบัติการ เรียกย่อ ๆว่า โออาร์ (OR : operations research) เป็นการใช้แบบจำลองเชิงคณิตศาสตร์ สถิติ และ อัลกอริทึมช่วยในการตัดสินใจ โดยปกติจะใช้การวิจัยดำเนินงานในการวิเคราะห์ระบบที่มีอยู่ในโลกจริงที่มีความซับฐ้อน โดยมีเป้าหมายเพื่อพัฒนาเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุด การวิจัยดำเนินงานถือเป็นสาขาย่อยของคณิตศาสตร์ประยุกต์
คำว่าการวิจัยดำเนินงานและวิทยาการบริหารจัดการ นั้นปกติจะใช้ในความหมายใกล้เคียงกัน โดยวิทยาการบริหารจัดการนั้นปกติจะมีเฉพาะเจาะจงกับปัญหาทางด้านการบริหาธุรกิจมากกว่า ส่วนการวิจัยดำเนินงานจะเกี่ยวกับวิศวกรรมอุตสาหการซึ่งมองปัญหาเชิงวิศวกรรม โดยใช้เทคนิคโออาร์เป็นเครื่องมือในการแก้ปัญหาเหล่านั้น
เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัยดำเนินงานคือ สถิติ การหาค่าเหมาะที่สุด การสโทแคสติก (การเฟ้นสุ่ม) ทฤษฎีแถวคอย ทฤษฎีเกม และ การจำลอง และเนื่องจากโออาร์มีการใช้การคำนวณเชิงคอมพิวเตอร์จึงมีความเกี่ยวเนื่องกับวิทยาการคอมพิวเตอร์ และ นักวิจัยดำเนินงานปกติจะต้องพัฒนาหรือปรับปรุงซอฟต์แวร์เอง
การวิจัยดำเนินงานมีจุดเด่นตรงที่ความสามารถในการพัฒนาระบบทั้งระบบ ไม่เฉพาะเจาะจงกับการแก้ไขปัญหาย่อยเพียงอย่างเดียว โดยนักวิจัยดำเนินงานจะแก้ปัญหาโดยพิจารณาว่า วิธีหรือเทคนิคใดที่เหมาะสมกับธรรมชาติของระบบนั้น ๆ พิจารณาเป้าหมายของการปรับปรุง และ เงื่อนไขเประสิทธิภาพเชิงเวลา และโดยมากแล้วปัญหาทางเทคนิคของการวิจัยดำเนินงานเองมักไม่สามารถแก้ได้ด้วยเทคนิคของการวิจัยดำเนินงานเท่านั้น ต้องอาศัยเทคนิคอื่นมาร่วมแก้ไขปัญหาด้วย