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  兩個粒子的相互作用量由反應截面積所量化,其大小取決於它們的碰撞,該相互作用發生的概率尤其重要。如果該相互作用的強度不太大(即是能夠用微擾理論解決),這反應截面積(或更準確來說是對應的時間演變運算元、分佈函式或S矩陣)能夠用一系列的項(戴森級數)所表示,這些項能描述一段短時間所發生的故事,像以下的例子:  這故事能夠以圖來表示,這一般來說要比記起對應戴森級數的數學公式要容易得多。這種圖被稱為費曼圖。它們在戴森級數迅速趨向極限時才有意義。由於它們能夠說簡易的故事,而且又跟早期的氣泡室實驗相似,所以費曼圖變得非常普及。

  粒子物理學中,計算散射反應截面積的難題簡化成加起所有可能存在的居間態振幅(每一個對應攝動理論又稱戴森級數的一個項)。用費曼圖表示這些狀態以,比了解當年冗長計算容易得多。從該系統的基礎拉格朗日量能夠得出費恩曼法則,費恩曼就是用該法則表明如何計算圖中的振幅。每一條內線對應虛粒子的分佈函式;每一個線相遇頂點給出一個因子和來去的兩線,該因子能夠從相互作用項的拉格朗日量中得出,而線則約束了能量、動量和自旋。費曼圖因此是出現在戴森級數每一個項的因子的符號寫法。  但是,作為微擾的展開式,費曼圖不能包涵非微擾效應。  除了它們在作為數學技巧的價值外,費曼圖為粒子的相互作用提供了深入的科學理解。粒子會在每一個可能的方式下相互作用:實際上,居間的虛粒子超越光速是允許的。(這是基於測不準原理,因深奧的理由而不違反相對論;事實上,超越光速對保留相對性時空的偶然性有幫助。)每一個終態的概率然後就從所有如此的概率中得出。這跟量子力學的泛函積分表述有密切關係,該表述(路徑積分表述)也是由費曼發明的。  如此計算如果在缺少經驗的情況下使用,通常會得出圖的振幅為無窮大,這個答案在物理理論中是不能接受的。問題在於粒子自身的相互作用被錯誤地忽視了。重整化的技巧(是由費曼、施溫格和朝永所開發的)彌補了這個效應並消除了麻煩的無窮大項。經過這樣的重整化後,用費曼圖做的計算通常能與實驗結果準確地吻合。  費曼圖及路徑積分法亦被應用於統計力學中。

  默裡·蓋爾曼一直將費曼圖稱為斯蒂克爾堡圖(Stückelberg diagrams),因為瑞士物理學家厄恩斯特·斯蒂克爾堡(Ernst Stückelberg)發明了一個相近的圖。  歷史上他們也曾被叫成費恩曼-戴森圖或戴森圖。

  

  右圖為β衰變的費曼圖。圖中的直線代表費米子,而波浪線則代表虛玻色子。在本例中,圖被設定在流形時空中,y座標為時間而x座標為空間;x座標亦代表了某些相互作用(考慮碰撞)的「地點」。由於時間朝著y軸方向,所以中微子是向著時間方向行進的;但費米子可以被視為其向時間後方移動的反粒子,因為數學上這兩個概念沒有分別。這適用於所有粒子和反粒子。

  在量子電動力學中,有兩個場標記,叫「電子」和「光子」。「電子」有一定方向而「光子」無固定方向。當中只有一種相互作用,用「γ」標記,其三度分別為「光子」、「電子」「頭」和「電子」「尾」。
費曼圖(英語:Feynman diagram)是美國物理學家理查德·費曼在處理量子場論時提出的一種形象化的方法,描述粒子之間的相互作用、直觀地表示粒子散射、反應和轉化等過程。使用費曼圖可以方便地計算出一個反應過程的躍遷概率。