多目標最佳化問題（MOP）是一種在決策過程中需要同時考慮多個目標，並且這些目標之間可能存在衝突的情況。
在多目標最佳化問題中，改善某個目標可能會犧牲其他目標，因此不存在一個單一的解決方案能夠完全滿足所有目標，解決這類問題的關鍵在於找到一個平衡點，使得所有目標函式儘可能地達到最優，這通常涉及到在各個目標之間進行權衡和折中處理。多目標最佳化問題的解決方案通常由多個非劣解（也稱為帕累托最優解）組成，這些解之間不存在明顯的優勢或劣勢。
例如，在工程項目中，可能同時需要考慮成本、時間以及質量等多個方面，這些方面彼此之間可能存在衝突，如降低成本可能會影響質量或延長項目時間。多目標最佳化在工程設計、經濟管理、環境保護等多個領域都有廣泛套用。