Usmerjeni graf ali digraf (di izhaja iz angleške besede directed, kar pomeni usmerjeno) je par ,
kjer je:
- množica vozlišč
- urejeni par vozlišč, ki se imenujejo loki ali usmerjene povezave, včasih se imenujejo tudi kar puščice. Nekateri usmerjene grafe imenujejo tudi enostavni digrafi, da ga tako razlikujejo od usmerjenega multigrafa. V multigrafu povezave tvorijo večkratne množice in ne množice urejenih parov vozlišč. V enostavnem grafu so dovoljene tudi zanke. To so povezave, povezujejo vozlišča s samim seboj.
Lok, ki je usmerjen od proti , se označuje z . V tem primeru se imenuje glava, pa je rep.
Kadar se lahko neposredno pride od prvega () do drugega () zaporednega vozlišča, se vozlišče imenuje predhodnik, vozlišče pa je naslednik. Lok, ki ima obratno smer, je obrnjeni lok. Graf se imenuje simetričen, če grafu pripadajo tudi vsi obrnjeni loki grafa.