Η Θεωρία Γραφημάτων είναι ένας κλάδος των μαθηματικών και της πληροφορικής που μελετά τις ιδιότητες των γραφημάτων, δηλαδή μαθηματικών δομών που αναπαριστούν σχέσεις μεταξύ αντικειμένων.
Ένα γράφημα ορίζεται ως , όπου είναι το σύνολο των κόμβων (ή κορυφών) και το σύνολο των ακμών (ή συνδέσεων) που ενώνουν αυτούς τους κόμβους. Από την αρχή της ως θεωρητικό πεδίο, η Θεωρία Γραφημάτων έχει εξελιχθεί σε ένα ισχυρό εργαλείο για την ανάλυση σύνθετων δικτύων, από το διαδίκτυο μέχρι τη δομή του ανθρώπινου εγκεφάλου.