多值函数（multivalued function，也称为multifunction）为一数学名词，是一种二元关系，其中每一个输入都至少会对应一个输出，而且有些会对应不止一个输出。
多值函数是一种函数（广义），多值函数是指，在X中有至少一个元素x与集合Y中的至少两个元素y满足x与y是f相关的，且对X中的任一元素x都有集合Y中的元素y满足x与y是f相关的。即，与Y中的至少两个输出值按照对应法则f对应的输入值在X中至少有一个，且与Y中的所有输出值都不按照对应法则f对应的输入值在X中一个都没有。