In matematica, un'operazione binaria, spesso indicata con *, su un insieme è un modo di combinare una coppia di elementi di quell'insieme che risulta in un altro elemento dell'insieme. Per esempio, se prendiamo una coppia di numeri naturali e lasciamo che l'operazione * sia l'addizione, allora la loro somma è anche un numero naturale, ed è il risultato dell'applicazione di questa particolare operazione binaria. Un altro esempio di operazione sui numeri naturali è la moltiplicazione. Per esempio, prendiamo i numeri naturali 2 e 3. Moltiplicati insieme danno 6, un altro numero naturale.
Altri: La somma tra matrici. La composizione di funzioni. L'unione e l'intersezione di insiemi sono anche due diverse operazioni binarie sull'insieme di tutti gli insiemi, o su sottoinsiemi in un insieme di potenza.