En matemàtiques, i més concretament en teoria de grafs, un multigraf és un graf que pot tenir arestes múltiples[1] (de vegades anomenades també arestes paral·leles[2][3]); és a dir, arestes que tenen els mateixos vèrtexs incidents. Així, dos vèrtexs poden estar connectats per més d'una aresta. Per a alguns autors, un multigraf no permet l'existència de bucles, i reserven el terme pseudograf per a multigrafs amb bucles. Altres autors permeten que els multigrafs admetin bucles,[1] i consideren com a sinònims els termes "pseudograf" i "multigraf".
Existeixen dues nocions diferents d'arestes múltiples:
Un multigraf és diferent d'un hipergraf, que és un graf en el qual una aresta pot connectar qualsevol nombre de vèrtexs, no només dos.