Phasendiagramm, Diagramm, das die Grenzbedingungen für die festen, flüssigen und gasförmigen Phasen einer einzelnen Substanz oder eines Substanzgemisches bei Änderungen von Druck und Temperatur oder einer anderen Kombination von Variablen, wie Löslichkeit und Temperatur, zeigt. Die Abbildung zeigt ein typisches Phasendiagramm für ein Einkomponentensystem (d. h. ein System, das aus einer einzigen reinen Substanz besteht), wobei die Kurven aus Messungen bei verschiedenen Drücken und Temperaturen gewonnen wurden. An jedem Punkt der durch die Kurven getrennten Bereiche lassen Druck und Temperatur nur eine Phase (fest, flüssig oder gasförmig) zu, und Temperatur- und Druckänderungen bis zu den Punkten auf den Kurven verändern diese Phase nicht. An jedem Punkt der Kurven lassen Temperatur und Druck zwei Phasen im Gleichgewicht zu: fest und flüssig, fest und dampfförmig oder flüssig und dampfförmig. Auf der Seite der Linie mit niedrigem Druck und hoher Temperatur kann nur Dampf existieren, während die Substanz auf der Seite mit hohem Druck und niedriger Temperatur flüssig sein muss; Flüssigkeit und Dampf existieren zusammen bei Temperaturen und Drücken, die den Punkten auf der Linie entsprechen; an der Stelle, an der diese Linie verschwindet, dem so genannten kritischen Punkt, werden die Flüssigkeit und ihr Dampf ununterscheidbar. Entlang der Linie zwischen Flüssigkeit und Feststoff lassen sich die Schmelztemperaturen für verschiedene Drücke ermitteln. Der Schnittpunkt der drei Kurven, der so genannte Tripelpunkt, stellt die einzigen Bedingungen dar, unter denen alle drei Phasen zusammen im Gleichgewicht sind. Ein Phasendiagramm für zwei Komponenten zeigt in der Regel Schmelzkurven in einem Temperatur-Zusammensetzungs-Diagramm.
Phasendiagramme sind für jeden Stoff und jedes Gemisch spezifisch. Komplexe Gemische können dreidimensionale Phasendiagramme erfordern, die durch Verwendung der Perspektive in zwei Dimensionen dargestellt werden können. Phasendiagramme werden häufig bei der Untersuchung von Mineralgleichgewichten im Zusammenhang mit den Bedingungen für die Bildung von Gesteinen und Mineralien im Erdinneren verwendet. Sie sind auch von unschätzbarem Wert bei der Planung von Industrieanlagen und der Suche nach optimalen Bedingungen für Herstellungsprozesse sowie bei der Bestimmung der Reinheit von Stoffen.