V teorii grafů řekneme, že jsou dva grafy izomorfní, pokud .
Graf je jedním z příkladů množiny (vrcholů) a nějaké relace (množiny hran) na této množině, proto se opět jedná o zvláštní případ obecné definice izomorfismu.
Izomorfismus zachovává všechny důležité vlastnosti grafu – zobrazuje každý podgraf na izomorfní podgraf, cestu opět na cestu, kružnici opět na kružnici, izomorfní graf lze obarvit stejným způsobem, jako původní graf.