אופטימיזציה, או מִטּוּב, היא ענף של בעיות מתמטיות העוסקות במציאת ערך אופטימלי עבור פונקציות, תחת אילוצים נתונים. בעיות אופטימיזציה יכולות לעסוק בפונקציות המקבלות ערכים ממשיים, או בפונקציות במספר משתנים ממשיים או מרוכבים, וכן גם בפונקציות המקבלות ערכים בדידים. התחום נמצא במרכז העיסוק של ענף חקר ביצועים במתמטיקה השימושית.
הקביעה איזה ערך נחשב לאופטימלי, תלויה בתנאי הבעיה. בבעיות מסוימות ערך אופטימלי הוא ערך מקסימלי של הפונקציה תחת ההגבלות הנתונות, ובבעיות אחרות זהו הערך המינימלי. הקושי במציאת הערך האופטימלי תלוי בפונקציה המבוקשת ובתחום בו יש לבצע אופטימיזציה.