哈密顿-凯莱定理(Hamilton-Cayley theorem)是矩阵的一个重要性质，该定理表述为：设A是数域P上的n阶矩阵，f(λ)=|λE-A|=λn+b1λn-1+…+bn-1λ+bn是A的特征多项式，则f(A)=An+b1An-1+...+bn-1A+bnE=0。
哈密顿(W.R.Hamilton)在他所著《四元数讲义》一书中，涉及线性变换满足它的特征多项式的问题，凯莱(A.Cayley)在1858年的一篇文章中，对n=3的情形验证了此定理，但认为没有必要进一步证明，弗罗贝尼乌斯(F.G.Frobenius)于1878年给出该定理第一个一般性的证明。
哈密顿个人贡献
哈密顿工作勤奋，思想活跃．发表的论文一般都很简洁，别人不易读懂，但手稿却很详细，因而很多成果都由后人整理而得。仅在三一学院图书馆中的哈密顿手稿，就有250本笔记及大量学术通信和未发表论文．爱尔兰国家图书馆还有一部分手稿。
他的研究工作涉及不少领域，成果最大的是光学、力学和四元数。他研究的光学是几何光学，具有数学性质；力学则是列出动力学方程及求解；因此哈密顿主要是数学家。但在科学史中影响最大的却是他对力学的贡献。哈密顿量是现代物理最重要的量。
哈密顿发展了分析力学。1834年，建立了著名的哈密顿原理，使各种动力学定律都可以从一个变分式推出。根据这一原理，力学与几何光学有相似之处。后来发现，这一原理又可推广到物理学的许多领域，如电磁学等。
他把广义坐标和广义动量都作为独立变量来处理动力学方程获得成功，这种方程现称哈密顿正则方程。他还建立了一个与能量有密切联系的哈密顿函数。他解释了锥形折射现象，对现代矢量分析方法的建立作出了贡献。他还创立了四元数。这些成果在现代物理学中都有广泛应用。
哈密顿在数学上的成就，以微分方程和泛函分析两个领域最为突出，如哈密顿算符、哈密顿－雅可比方程等；此外，他对波形曲面的研究，对伽罗瓦理论的补充以及在数学中引入结合律等也都是他的功绩。
哈密顿提出变分原理和正则方程的两篇长论文的题名是《论动力学中的一个普遍方法》(On a Geaeral Me－thod in Dynamics ，1834)和《再论动力学中的普遍方法》(Second Essay on a General Method in Dynamics，1835)，均收入他的《数学论文集》(Mathematical Papers，1940)第二卷。