במתמטיקה, פעולה אסוציאטיבית היא פעולה בינארית המקיימת את חוק הקיבוץ, כלומר, לכל מתקיים . פעולות החיבור והכפל של מספרים הן דוגמאות חשובות לפעולות אסוציאטיביות. דוגמה כללית יותר היא פעולת ההרכבה של פונקציות (ראו להלן), שבזכותה קיימות עוד פעולות אסוציאטיביות רבות, כמו כפל מטריצות.