Multitegumtöötlusega operatsioonisüsteem on mis tahes tüüpi süsteem, mis suudab korraga käitada rohkem kui ühte programmi. Enamik kaasaegseid operatsioonisüsteeme on konfigureeritud töötama korraga mitme programmiga, välja arvatud mõned eraviisiliselt välja töötatud süsteemid, mis on mõeldud kasutamiseks konkreetsetes äriseadetes.
Multitegumtöötluse operatsioonisüsteemi vanemate näidete puhul hõlmas kahe või enama ülesande haldamine tavaliselt süsteemiressursside edasi-tagasi vahetamist kahe töötava protsessi vahel. Süsteem täidaks ühe ülesandeid, külmutaks selle programmi mõneks sekundiks ja täidaks seejärel teise programmi ülesanded. Kuigi selline lähenemine tekitas operaatorile lühikese ajavahe, ei olnud see viivitus tavaliselt pikem kui paar sekundit ja pakkus siiski tunduvalt suuremat efektiivsust kui vanem ühe ülesandega operatsioonisüsteem.
Aja jooksul töötati välja populaarsed multitegumtöötluse operatsioonisüsteemi kehastused, mis kasutasid iga aktiivse programmi jaoks ressursside eraldamisel erinevat lähenemisviisi. See tekitas olukorra, kus ajavahet praktiliselt üldse ei tekkinud, eeldades, et süsteemi juhtivatel seadmetel on piisavalt ressursse. Lõppkasutaja jaoks tähendas see võimalust täita mitut ülesannet samaaegselt, ootamata, kuni süsteem vabastab või suunab ressursse iga ülesande täitmisel.
Tüüpiline mitme operatsioonisüsteem nõuab rohkem ressursse kui lihtsad operatsioonisüsteemid, mis olid lauaarvutite jaoks tavalised 1970. aastate lõpus ja 1980. aastate alguses. Uuemad süsteemid nõuavad platvorme, millel on märkimisväärne hulk muutmälu (RAM) ja muud tüüpi virtuaalmälu. Kui ressursid pole saadaval erinevate avatud ja käivitatavate rakenduste juhtimiseks, võib süsteem roomamist aeglustada või isegi sulgeda ühe või kaks rakendust, kui süsteem on nii konfigureeritud ülekoormuse vältimiseks.
Tänapäeval töötab enamik lauaarvutite, sülearvutite ja netbookide operatsioonisüsteeme teatud tüüpi multitegumtööga operatsioonisüsteemidega. Isegi sellised seadmed nagu pangaautomaadid või sularahaautomaadid kasutavad endiselt teatud tüüpi multitegumtöötlussüsteeme, kasutades saldo kontrollimiseks ja kasutajate päringute täitmiseks mitmeid programme. Samuti on näiteid kinopiletite tübisüsteemidest, mis suudavad täita mitut ülesannet korraga, sealhulgas postitada ostetud piletite kviitungeid, isegi kui süsteem genereerib ja väljastab ostetud pileteid.