Fázový diagram, graf znázorňující mezní podmínky pro pevnou, kapalnou a plynnou fázi jedné látky nebo směsi látek při změnách tlaku a teploty nebo jiné kombinace proměnných, například rozpustnosti a teploty. Obrázek ukazuje typický fázový diagram pro jednosložkový systém (tj. systém sestávající z jedné čisté látky), přičemž křivky byly získány z měření provedených při různých tlacích a teplotách. V každém bodě v oblastech oddělených křivkami umožňuje tlak a teplota existenci pouze jedné fáze (pevné, kapalné nebo plynné) a změny teploty a tlaku až do bodů na křivkách tuto fázi nezmění. V každém bodě na křivkách umožňují teplota a tlak existenci dvou fází v rovnováze: pevné a kapalné, pevné a plynné nebo kapalné a plynné. Například přímka nakreslená pro změnu tlaku par v závislosti na teplotě pro kapalinu je hranicí mezi kapalinou a parami; na straně přímky s nízkým tlakem a vysokou teplotou může existovat pouze pára, zatímco na straně s vysokým tlakem a nízkou teplotou musí být látka kapalná; kapalina a pára existují společně při teplotách a tlacích odpovídajících bodům na přímce; v místě, kde tato přímka mizí, nazývaném kritický bod, se kapalina a její pára stávají nerozlišitelnými. Podél přímky mezi kapalinou a pevnou látkou lze nalézt teploty tání pro různé tlaky. Průsečík těchto tří křivek, nazývaný trojný bod, představuje jedinečné podmínky, za nichž všechny tři fáze existují společně v rovnováze. Fázový diagram pro dvě složky obvykle zobrazuje křivky tání na teplotně-složkovém diagramu.
Fázové diagramy jsou specifické pro každou látku a směs. Složité směsi mohou vyžadovat trojrozměrné fázové diagramy, které lze pomocí perspektivy znázornit ve dvou rozměrech. Fázové diagramy se široce používají při studiu minerálních rovnováh v souvislosti s podmínkami vzniku hornin a minerálů v rámci Země. Jsou také neocenitelné při navrhování průmyslových zařízení a hledání optimálních podmínek pro výrobní procesy a při určování čistoty látek
.