Тео́рия гра́фов — раздел дискретной математики, изучающий графы, одна из ветвей топологии. В самом общем смысле граф — это множество точек, которые соединяются множеством линий. Теория графов включена в учебные программы для начинающих математиков, поскольку:
- как и геометрия, обладает наглядностью;
- как и теория чисел, проста в объяснении и имеет сложные нерешённые задачи;
- не имеет громоздкого математического аппарата ;
- имеет выраженный прикладной характер.
В теории графов мультиграфом называется граф, в котором разрешается присутствие кратных рёбер, то есть рёбер, имеющих те же самые конечные вершины. Таким образом, две вершины могут быть соединены более чем одним ребром.
В теории графов два типа объектов обычно называются циклами.
Базис циклов неориентированного графа — множество простых циклов, которые образуют базис пространства циклов графа. Таким образом, это минимальный набор циклов, который позволяет любой эйлеров подграф представить как симметрическую разность базисных циклов.
Срединный граф — граф, представляющий рёбра смежности внутри граней заданного планарного графа.
Число пересечений графа — наименьшее число элементов в представлении данного графа как графа пересечений конечных множеств, или, эквивалентно, наименьшее число клик, необходимых для покрытия всех рёбер графа.
В теории графов стягивание ребра — это операция, которая удаляет ребро из графа, а до этого связанные ребром вершины сливаются в одну вершину. Стягивание ребра является фундаментальной операцией в теории о минорах графов. Отождествление вершин — другая форма этой операции с более слабыми ограничениями.
В теории графов псевдолес — это неориентированный граф, в котором любая связная компонента имеет максимум один цикл. То есть это система вершин и рёбер, соединяющих пары вершин, такая, что никакие два цикла не имеют общих вершин и не могут быть связаны путём. Псевдодерево — это связный псевдолес.
Теорема Вагнера — характеризация планарных графов тесно связанная с теоремой Понтрягина — Куратовского.
Теорема Робертсона — Сеймура утверждает, что любое семейство графов, замкнутое относительно операций удаления и стягивания рёбер, может быть определено конечным набором запрещённых графов.
Теорема Роббинса, названная по имени американского математика Герберта Роббинса, утверждает, что графы, имеющие сильные ориентации, — это в точности рёберно 2-связные графы. То есть тогда и только тогда можно выбрать направление каждого ребра неориентированного графа G, превратив граф в ориентированный граф, в котором существует (ориентированный) путь из любой вершины в любую другу вершину, когда граф G связен и не имеет мостов.
Экстремальная теория графов — это ветвь теории графов. Экстремальная теория графов изучает экстремальные свойства графов, удовлетворяющих определённым условиям. Экстремальность может относиться к различным инвариантам графов, таким как порядок, размер или обхват. В более абстрактном смысле теория изучает, как глобальные свойства графа влияют на локальные подструктуры графа.
Дерево Тремо неориентированного графа G — это остовное дерево графа G с выделенным корнем со свойством, что любые две смежные вершины в графе G связаны друг с другом отношением предок/потомок. Все деревья поиска в глубину и все гамильтоновы пути являются деревьями Тремо. Деревья Тремо названы именем Шарля Пьера Тремо, французского автора 19-го века, который использовал вариант поиска в глубину как стратегию выхода из лабиринта. Деревья Тремо также называют нормальными остовными деревьями, особенно в контексте бесконечных графов.
Полутранзитивный граф — это граф, который и вершинно-транзитивен, и рёберно-транзитивен, но не симметричен. Другими словами, граф полутранзитивен, если его группа автоморфизмов действует транзитивно как на вершины, так и на рёбра, но не на упорядоченные пары связанных вершин.
Пространство циклов неориентированного графа — линейное пространство над полем 
, состоящее из его эйлеровых подграфов. Размерность этого пространства называется контурным рангом графа. С точки зрения алгебраической топологии циклическое пространство является первой группой гомологий графа.
Примене́ние тео́рии гра́фов — использование теории графов как математического орудия в различных дисциплинах.
