Eine Transitionsrelation (auch Übergangsrelation) ist in der Informatik eine Relation, die mögliche Übergänge beschreibt. In Transitionssystemen und bei Automaten gibt eine Transitionsrelation an, welche Zustandswechsel möglich sind. Man spricht dann auch von einer Zustandsübergangsrelation. Eine Transitionsrelation ist aber nicht auf Zustandswechsel beschränkt. Sie kann auch Übergänge zwischen Konfigurationen beschreiben. Üblicherweise werden Relationen über Konfigurationen aber aus Zustandsübergangsrelationen abgeleitet. Es lassen sich damit jedoch auch operationelle Semantiken definieren.
Befinden sich zwei Zustände in Relation, so ist ein direkter Wechsel von einem Zustand in den anderen möglich, andernfalls nicht. Es ist auch möglich, dass die Relation aus weiteren Parametern besteht, etwa einem Eingabesymbol, von dem der Zustandswechsel abhängt. Für Zustandsübergänge nach beliebig langen Eingaben verwendet man die reflexive und transitive Hülle einer Transitionsrelation.
Transitionen werden auch durch Funktionen definiert. Man spricht dann von Transitionsfunktionen oder Übergangsfunktionen.