運算放大器（Operational Amplifier，op-amp）是以非常大的倍率放大2個輸入端子電壓差的放大器。由於最初是為了在類比電腦中進行加法、積分等運算而製作，因此得名。目前作為類比電路最基本的元件，廣泛用於感測器訊號放大、濾波器、電壓比較、電源控制等各種電子設備。
理想的運算放大器被視為增益（開迴路增益）無限大、輸入阻抗無限大（輸入端沒有電流流入）、輸出阻抗為零。實際的增益高達10萬倍以上，直接使用時輸出會立刻飽和在電源電壓。因此使用時會施加負回授，將部分輸出經電阻回饋到反相輸入。如此一來，整個電路的增益只由電阻比決定，反相放大電路為−R2/R1，非反相放大電路為1＋R2/R1。負回授的優點是不受運算放大器本身特性變異影響，可進行高精度的放大。
運算放大器的性能以代表可放大頻率上限的增益頻寬積（GBW）、輸出變化速度的迴轉率（slew rate）、輸入偏差的輸入偏移電壓、去除共模雜訊的能力（CMRR）、雜訊、消耗電流等表示。依用途有許多種類，例如輸入輸出可擺動至電源電壓上下限的軌對軌（rail-to-rail）型、偏移極小的截波（chopper）型等。內部是以差動放大電路為輸入級的多級結構，以雙極性電晶體或CMOS製作。主要廠商有德州儀器（TI）、Analog Devices、羅姆（ROHM）、瑞薩電子（Renesas）等。