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Nella teoria quantistica dei campi il diagramma di Feynman, inventato da Richard Feynman negli anni quaranta, è un grafo arricchito che visualizza un termine della serie perturbativa dell'ampiezza di scattering per un processo definito dagli stati iniziali e finali.
In alcune di queste teorie, come l'elettrodinamica quantistica, si possono ottenere eccellenti approssimazioni da pochi termini della serie perturbativa, corrispondenti a pochi semplici diagrammi di Feynman con le stesse linee entranti ed uscenti connesse da differenti vertici e linee interne. In altri casi questa forma di rappresentazione è più complessa e meno utile.
Le particelle sono rappresentate con delle linee, che possono essere di vario genere in funzione del tipo di particella a cui sono associate. Un punto dove le linee si intersecano è chiamato vertice di interazione, o semplicemente vertice. Le linee si dividono in tre categorie: linee interne (che connettono due vertici), linee entranti (che arrivano "dal passato" ed entrano in un vertice e rappresentano gli stati inizialmente non interagenti) e le linee uscenti (che partono da un vertice e si estendono "al futuro" e rappresentano gli stati finali non interagenti). A volte i diagrammi sono girati e il passato è in basso, e il futuro in alto.
I diagrammi di Feynman sono frequentemente confusi con diagrammi spazio-temporali o con immagini delle camere a bolle per la loro similitudine visuale, ma sono cose profondamente diverse. I diagrammi di Feynman non contengono il concetto di posizione né nello spazio né nel tempo. Inoltre le particelle non scelgono solo un particolare diagramma ogni volta che interagiscono, ma tutti i possibili secondo la teoria delle storie consistenti.