Ця операція ставить у відповідність двом матрицям А та В порядків m і n квадратну матрицю С порядку m + n та позначається А Å В. Вона зводиться до приєднання правого нижнього кута матриці А до лівого верхнього кута матриці В та заповненню останніх клітин таблиці розміру (m+n) ´ (m + n) нулями, тобто:
C = A Å D =
Елементи прямої суми визначаються відношеннями: cij = aij (i, j = 1,2,..., n) і cij = 0 для останніх елементів. Ця операція не комутативна, але асоціативна. Вона розповсюджується на будь-яку кількість матриць А1Å А2 ÅА3 = (А1 Å А2 Å А 3 і т.д., причому порядок результуючої матриці дорівнює сумі порядків наслідкової матриці.
Якщо Аі - матриці першого порядку, тотожні зі скалярами ai (i = 1,2,...,m), то їх пряма сума дорівнює діагональній матриці m-го порядку diag(a1, a2,,..., am). В загальному випадку пряма сума матриць Аі довільних порядків утворює квазідіагональну матрицю L = А1Å А2 Å...ÅАm = diag (А1Å А2 Å...ÅАm), тобто