Системний підхід вимагає декомпозиції й синтезу одночасно і попереджає, що оптимум цілого не дорівнює сумі оптимумів частин; операційна система — той елемент організації, до якого цей висновок застосовують. Вона відповідає чотирьом критеріям сформованості й описується моделлю «вхід — перетворення — вихід» із зворотним зв’язком, універсальною для виробництва й послуг.
Усередині операційної системи працюють три підсистеми: переробна безпосередньо перетворює вхід на вихід, забезпечення обслуговує переробну, а планування й контроль керує обома на основі інформації про стан системи й незавершене виробництво. Саме остання підсистема не дає локальним оптимумам підсистем програвати системі в цілому — приклад «Інтерпайп Сталі» показав, наскільки жорстко ці три підсистеми зв’язані в безперервному металургійному переділі.
Операційні системи класифікують за типом виробництва, характером перетворення і ступенем стандартизації процесу. П’ять видів — проєктна, одинична, серійна, масова, безперервна — утворюють спектр за обсягом і повторюваністю, а не набір непроникних категорій: кейси Kernel, Amazon, Toyota, Нової пошти й Укрзалізниці показали, що реальні підприємства здебільшого поєднують кілька видів під одним дахом.
Закон Літтла зв’язує пропускну здатність, незавершене виробництво і середній час перебування в системі рівнянням L = λ · W, дійсним у стійкому стані для будь-якої черги — виробничого замовлення, пацієнта, вагона в ремонті. Це тотожність, а не причинний механізм, але вона дає інструмент, яким можна виміряти й порівняти потік крізь операційні системи будь-якого виду з тих, що розглянуті вище.