Théorème a été présenté à la Mostra de Venise en 1968, une édition marquée par l'agitation politique de l'époque. Laura Betti y a décroché le Prix d'interprétation féminine. Le film a également remporté le Prix de l'Office Catholique du Cinéma.
Point culminant des attaques à l'encontre de Théorème : un procès s'ouvre à l'automne 1968 pour "obscénité", à l'initiative d'un avocat romain, qui a obtenu la saisie des copies. Mais le cinéaste, sur lequel pèse une menace d'emprisonnement, sera finalement acquitté, et Théorème, un temps écarté des écrans, pourra de nouveau être programmé.
Avec Théorème, Pier Paolo Pasolini n'en est pas à son premier scandale (L'Evangile selon Saint Matthieu, La Ricotta ont été violemment contestés). Le film reçoit le Prix de l'office catholique à Venise... mais cela n'empêche que le Vatican condamnera cette oeuvre judée "moralement dangereuse".
Initialement, Pier Paolo Pasolini pensait que Théorème serait une pièce de théâtre. Ce travail aboutit finalement à l'écriture d'un roman, publié début 1968, quelques mois avant la sortie du film en salles.
Primée à Venise pour sa composition d'étrange servante, l'imposante Laura Betti est une des égéries de Pier Paolo Pasolini : elle tournera dans deux autres de ses longs métrages (Oedipo rex, Les Contes de Canterbury) et on l'a également vue dans 3 courts métrages, dont La Ricotta.
On note la présence au casting, dans le rôle de la fille de la famille, de la Française Anne Wiazemsky, actrice révélée par Robert Bresson (Au hasard Balthazar), et dont le nom était associé à celui de Jean-Luc Godard (un an avant Théorème on l'a vue dans La Chinoise). A partir des années 80, elle se consacrera essentiellement à la littérature.
En 1992, le compositeur italien Giorgo Battistelli concevra un opéra librement inspiré de Théorème.