O isomorfismo é uma relação de equivalência em grafos que determina se dois grafos possuem a mesma estrutura. A isomorfia é um dos conceitos mais importantes na teoria dos grafos, pois permite compartilhar soluções de problemas entre gráficos distintos porém com a mesma estrutura.

Dois grafos e são isomorfos () se existem funções bijetoras e tais que um vértice é extremo de uma aresta e no grafo se e somente se é extremo da aresta no grafo . No caso de grafos orientados, a direção da aresta também precisa ser preservada.

Se dois grafos são isomorfos, eles partilham muitas propriedades. Dessa forma, para determinar se dois grafos são de fato isomorfos, é necessário verificar se ambos partilham diversas propriedades como o número (e grau) de vértices, número de arestas, ciclos etc.