Arrows teorem, også kjent som Arrows umulighetsteorem eller Arrows paradoks, er et sentralt resultat fra teorien om sosiale valg som sier at det ikke er mulig å finne en ideell valgordning når det skal stemmes over tre eller flere forskjellige alternativer. Nærmere bestemt er det ikke mulig å finne en gruppes rangering av alternativene ved å legge sammen gruppemedlemmenes rangering uten at minst én av følgende forutsetninger blir brutt:
Teoremet har flere bruksområder. Et åpenbart er politiske beslutninger. Et annet er innen velferdsøkonomi, hvor en forsøker å finne en velferdsfunksjon som representerer samfunnets preferanse. Teoremet er videreutviklet ved Gibbard–Satterthwaite-teoremet.
Teoremet er framsatt av økonomen Kenneth Arrow i hans doktoravhandling og bok i 1951 Social Choice and Individual Values. Doktoravhandlingen har tittelen A Difficulty in the Concept of Social Welfare. Arrow var medmottager av Sveriges Riksbanks pris i økonomisk vitenskap til minne om Alfred Nobel i 1972.