Бина́рная, или двуме́стная, опера́ция (от лат. bi «два») — математическая операция, принимающая два аргумента и возвращающая один результат (то есть операция с арностью два).
Пусть — тройка непустых множеств. Бинарной операцией, или бинарной функцией, на паре со значениями в называется отображение .
Пусть — непустое множество. Бинарной операцией на множестве , или внутренней бинарной операцией, называют отображение .
Первое определение соответствует франкоязычной традиции, второе — англоязычной. Чаще всего рассматриваются именно внутренние бинарные операции.
Также имеется близкое понятие закона композиции, объединяющее внутренние бинарные операции (внутренние законы композиции) с бинарными операциями вида или (внешними законами композиции).
Бинарную операцию принято обозначать знаком действия, который ставится между операндами (инфиксная форма записи). Например, для произвольной бинарной операции результат её применения к двум элементам и записывается в виде .