Teoríja gráfov je matematična in računalniška disciplina, ki raziskuje značilnosti grafov. Graf je najpreprosteje rečeno množica objektov, reči, ki se imenujejo točke (vozlišča, vozli), in so povezane s povezavami (robovi, vejami).
Strukture, ki se jih lahko predstavi z grafi v smislu teorije grafov, je moč najti povsod. Veliko praktičnih problemov se lahko rešuje s pomočjo grafov. Zgradbo povezav Wikipedije se lahko predstavi kot usmerjeni graf - točke so članki v Wikipediji. Usmerjena povezava iz članka A do članka B obstaja le, če ima A povezavo na B. Razvoj algoritmov, ki obravnavajo grafe, je velikega pomena v računalništvu.
Grafe se lahko razširi z vpeljavo uteži, ki so pozitivna števila prirejena vsaki povezavi. Če na primer graf predstavlja mrežo cest ali železniških prog, lahko uteži predstavljajo dolžine vsake ceste, oziroma železniške proge. Povezave so v usmerjenih grafih (oziroma digrafih) usmerjene in lahko povezujejo točke le v eno smer. Digraf z uteženimi povezavami (uteženi digraf) se imenuje mreža.
Zelo znana uporaba grafov je v metodi mrežnega planiranja - izračun planiranega trajanja projektov.