Twierdzenie – sformalizowana wypowiedź sądu, stosowana we wszystkich naukach ścisłych (w szczególności w matematyce), składająca się z dwóch zbiorów zdań, które łączy relacja implikacji. Pierwszy zbiór zdań określa ściśle warunki dla których dane twierdzenie jest spełnione i nazywa się założeniem twierdzenia, a drugi zbiór zdań jest właściwym sądem, będącym istotną treścią wypowiadanego twierdzenia i zwany jest tezą twierdzenia.
Twierdzenie od sylogizmu, który posiada podobną strukturę zdaniową, odróżnia to, że teza twierdzenia nie wynika bezpośrednio z założeń i wymaga osobnego dowodu, w którym trzeba się odnieść do wcześniejszych twierdzeń przyjętych w ramach danej teorii. Sylogizmy wywiedzione z danego twierdzenia są z kolei często nazywane wnioskami z twierdzenia. Czasami nazywa się je także twierdzeniami trywialnymi.
Nie wszystkie twierdzenia przyjęte za prawdziwe w danej teorii posiadają dowód. Część z nich ma charakter twierdzeń pierwotnych, które z natury rzeczy nie mogą być dowiedzione. Takie twierdzenia nazywane są aksjomatami. Inne z kolei twierdzenia są przyjęte w pewnym sensie na wiarę, gdyż mimo braku dowodu wydają się prawdziwe we wszystkich znanych przypadkach.