Giả thuyết Collatz đề cập đến một dãy số xác định như sau: bắt đầu bằng một số tự nhiên n bất kỳ. Mỗi số tiếp theo được xác định theo số trước đó bằng định nghĩa sau: nếu số trước đó là một số chẵn, thì số tiếp theo bằng một nửa số trước. Nếu số trước là một số lẻ, thì số tiếp theo bằng ba lần số trước cộng với 1. Phỏng đoán cho rằng với bất kỳ giá trị nào của n, dãy số luôn luôn đạt tới 1. Phỏng đoán mang tên nhà toán học người Đức Lothar Collatz, ông đã nêu ra nó vào năm 1937, hai năm sau khi nhận bằng tiến sĩ toán học. Nó còn được biết đến là phỏng đoán 3n + 1, phỏng đoán Ulam (mang tên của Stanisław Ulam), bài toán Kakutani (mang tên Shizuo Kakutani), phỏng đoán Thwaites (mang tên Sir Bryan Thwaites), thuật toán Hasse (mang tên Helmut Hasse), hay bài toán Syracuse; dãy các số tự nhiên này cũng còn được gọi là dãy số mưa đá (bởi vì giá trị của chúng thường trải qua những đợt tăng hoặc giảm giá trị giống như hạt mưa đá bay lên và rơi xuống trong đám mây), hoặc các số ngạc nhiên. Paul Erdős từng nói về phỏng đoán Collatz: "Toán học có thể chưa sẵn sàng cho những vấn đề như thế này." Ông cũng hứa giành tặng $500 cho ai đưa ra được lời giải. Jeffrey Lagarias năm 2010 dựa trên những thông tin hiểu biết về tình trạng của vấn đề này đã nói, "đây là một bài toán cực kỳ khó, vượt hoàn toàn ra khỏi tầm với của toán học hiện nay."