運算放大器是一種高增益的直流耦合放大器，在電子電路中有多種關鍵作用。

一、信號放大

電壓放大

運算放大器最基本的功能之一是電壓放大。它能夠將微弱的輸入電壓信號放大到所需的幅度。運算放大器的電壓放大倍數（增益）主要由外部反饋電阻決定。這種放大功能在許多應用中至關重要，如音頻放大系統。在麥克風前置放大電路中，麥克風輸出的微弱音頻信號（通常為毫伏級別），通過運算放大器進行電壓放大，使其達到后續音頻處理電路（如功率放大器）所需的輸入電平，從而能夠有效地驅動揚聲器，讓聲音足夠響亮。

電流放大

運算放大器也可以用于電流放大。在一些需要驅動大電流負載的電路中，運算放大器可以將輸入的小電流信號轉換為足夠大的輸出電流。例如，在某些光電檢測電路中，光電二極管產生的光電流信號很微弱，運算放大器可以通過連接合適的晶體管等元件，構成電流放大電路，將光電流放大到足以驅動顯示設備或者進行進一步信號處理的程度。

二、信號運算

加法運算

運算放大器可以實現信號的加法運算。在求和放大器電路中，多個輸入信號可以通過不同的輸入電阻連接到運算放大器的反相輸入端。根據疊加原理和運算放大器的特性，輸出信號是各個輸入信號的加權和。

減法運算

減法運算也是運算放大器的重要功能。通過差分放大器電路可以實現減法運算。當兩個輸入信號分別連接到運算放大器的同相輸入端和反相輸入端時，輸出信號與兩個輸入信號的差值成正比。例如，在測量系統中，用于測量兩個傳感器之間的差值信號。如果一個傳感器測量環境溫度，另一個傳感器測量物體溫度，運算放大器構成的差分放大器可以輸出物體溫度與環境溫度的差值信號，這個差值信號可以用于溫度補償或者其他與溫差相關的計算。

積分和微分運算

運算放大器可以與電容、電阻等元件組合構成積分器和微分器。在積分器電路中，輸出信號是輸入信號的積分。例如，在模擬計算機或者一些控制系統中，積分運算可以用于計算信號的累積效果。如果輸入是一個隨時間變化的電壓信號，表示速度，那么積分后的輸出信號可以表示位移。微分器則相反，輸出信號是輸入信號的微分，在一些需要檢測信號變化率的場合很有用，如在信號邊緣檢測電路中，微分器可以用來檢測方波信號的上升沿和下降沿的變化率。