ระบบปฏิบัติการโทรศัพท์มือถือ (OS) เป็นซอฟต์แวร์ประเภทหนึ่งที่ดำเนินการขั้นพื้นฐานตามที่โทรศัพท์รุ่นใหม่ต้องการ ตัวอย่างเช่นระบบปฏิบัติการมีความจำเป็นสำหรับฟังก์ชั่นพื้นฐานเช่นข้อความตัวอักษรการโทรศัพท์และการเข้าถึงอินเทอร์เน็ต นอกจากนี้ยังใช้สำหรับเรียกใช้แอปพลิเคชันเพิ่มเติมโดยทั่วไปเรียกว่าแอพและตีความการป้อนข้อมูลของผู้ใช้ ตัวอย่างของระบบปฏิบัติการโทรศัพท์มือถือ ได้แก่ Google Android ™, Apple®iOS®และMicrosoft®Windows® Phone OS

โทรศัพท์มือถือสมัยใหม่นั้นคล้ายกันในการออกแบบและการใช้งานกับคอมพิวเตอร์ซึ่งเป็นสาเหตุที่อุปกรณ์ต้องการระบบปฏิบัติการที่ซับซ้อน ระบบปฏิบัติการมีฟังก์ชั่นพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่นการจดจำอินพุตและการแสดงส่วนต่อประสานผู้ใช้บนหน้าจอ ระบบปฏิบัติการยังมีผลต่อความรวดเร็วของระบบและความน่าเชื่อถือ

ระบบปฏิบัติการโทรศัพท์มือถือเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอุปกรณ์ในการทำงานเช่นการโทรศัพท์การส่งข้อความและการเข้าถึงอีเมล ระบบปฏิบัติการขั้นสูงยังสามารถเรียกใช้โปรแกรมเพิ่มเติมที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นแอพ ประเภทของแอพที่จะทำงานบนโทรศัพท์มือถือบางรุ่นนั้นถูก จำกัด โดยระบบปฏิบัติการที่ใช้บนโทรศัพท์เนื่องจากแอพส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับระบบปฏิบัติการบางระบบ

นอกเหนือจากการปฏิบัติงานตามมาตรฐานแล้วระบบปฏิบัติการโทรศัพท์มือถือจะต้องสามารถรับรู้อินพุตประเภทต่างๆได้ ตัวอย่างเช่นระบบปฏิบัติการบนโทรศัพท์แบบหน้าจอสัมผัสจะต้องสามารถรับรู้และตีความได้เมื่อผู้ใช้สัมผัสหน้าจอ ตัวอย่างอื่น ๆ ของอุปกรณ์อินพุต ได้แก่ แทร็กบอลแป้นพิมพ์เต็มรูปแบบและแม้กระทั่งการป้อนข้อมูลด้วยเสียง

ระบบปฏิบัติการโทรศัพท์มือถือเคยได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับโทรศัพท์บางรุ่น อย่างไรก็ตามในปี 2011 มีระบบปฏิบัติการจำนวนมากที่ใช้กับโทรศัพท์หลายรุ่นและสามารถปรับให้เข้ากับความต้องการที่หลากหลายของอุปกรณ์มือถือ ยกตัวอย่างเช่นระบบปฏิบัติการ Google Android ™คาดว่าจะใช้พลังงานประมาณหนึ่งในสามของโทรศัพท์มือถือในปี 2011 จากหลากหลายยี่ห้อ มาตรฐานนี้ในระบบปฏิบัติการโทรศัพท์มือถือหมายถึงแอพที่ออกแบบมาสำหรับระบบปฏิบัติการเดียวสามารถทำงานบนโทรศัพท์หลากหลายรุ่น

มีระบบปฏิบัติการโทรศัพท์มือถือประเภทอื่น ๆ จำนวนหนึ่ง แต่มีเพียงไม่กี่ระบบเท่านั้นที่ใช้กับโทรศัพท์จำนวนมาก ตัวอย่างเช่น Symbian OS ™มักใช้กับโทรศัพท์Nokia® ระบบปฏิบัติการอื่น ๆ รวมถึงMicrosoft®Windows® Phone OS และApple®iOS®ซึ่งพบได้ในอุปกรณ์Apple®เท่านั้น