V matematice je binární operace s množinou, často označovaná *, způsob kombinace dvojice prvků této množiny, jejímž výsledkem je jiný prvek množiny. Vezmeme-li například dvojici přirozených čísel a necháme-li operaci * jako sčítání, pak jejich součet je také přirozené číslo a je výsledkem použití této konkrétní binární operace. Dalším příkladem operace na přirozených číslech je násobení. Vezměme například přirozená čísla 2 a 3. Když je vynásobíme dohromady, dostaneme 6, další přirozené číslo.
Ostatní: Součet mezi maticemi. Složení funkcí. Sjednocení a průnik množin jsou také dvě různé binární operace na množině všech množin nebo na podmnožinách v mocninné množině.