Um caminho hamiltoniano é um caminho que permite passar por todos os vértices de um grafo G, não repetindo nenhum, ou seja, passar por todos uma e uma só vez por cada. Caso esse caminho seja possível descrever um ciclo, este é denominado ciclo hamiltoniano (ou circuito hamiltoniano) em G. E, um grafo que possua tal circuito é chamado de grafo hamiltoniano.

O problema de decidir se um dado grafo é hamiltoniano é completo em NP, o que significa que é pouco provável que exista um algoritmo polinomial para o problema. Outro objetivo provavelmente ambicioso demais: mostrar que o problema está em co-NP, ou seja, obter uma boa condição necessária e suficiente para existência de ciclo hamiltoniano.

Um problema que envolve caminhos hamiltonianos é o problema do caixeiro viajante, em que um caixeiro deseja visitar um conjunto de N cidades (vértices), passando por cada cidade exatamente uma vez e retornando à cidade de origem, fazendo o caminho de menor tamanho possível.

Em 2009 conseguiu-se uma resolução para este problema utilizando-se de bactérias na implementação do algoritmo, que historicamente costuma ter um custo de tempo de computação exponencial.