Diagrama de fase, gráfico que muestra las condiciones límite de las fases sólida, líquida y gaseosa de una única sustancia o de una mezcla de sustancias mientras se producen cambios en la presión y la temperatura o en alguna otra combinación de variables, como la solubilidad y la temperatura. La figura muestra un diagrama de fases típico para un sistema de un solo componente (es decir, formado por una única sustancia pura), cuyas curvas se han obtenido a partir de mediciones realizadas a distintas presiones y temperaturas. En cualquier punto de las zonas separadas por las curvas, la presión y la temperatura sólo permiten la existencia de una fase (sólida, líquida o gaseosa), y los cambios de temperatura y presión, hasta los puntos de las curvas, no alterarán esta fase. En cualquier punto de las curvas, la temperatura y la presión permiten la existencia de dos fases en equilibrio: sólido y líquido, sólido y vapor, o líquido y vapor. Por ejemplo, la línea trazada para la variación con la temperatura de la presión de vapor para el líquido es el límite entre el líquido y el vapor; sólo puede existir vapor en el lado de baja presión y alta temperatura de la línea, mientras que la sustancia debe ser líquida en el lado de alta presión y baja temperatura; el líquido y el vapor existen juntos a las temperaturas y presiones correspondientes a los puntos de la línea; en el lugar donde esta línea desaparece, llamado punto crítico, el líquido y su vapor se vuelven indistinguibles. A lo largo de la línea que separa el líquido del sólido, se pueden encontrar las temperaturas de fusión para diferentes presiones. La unión de las tres curvas, llamada punto triple, representa las condiciones únicas en las que las tres fases existen juntas en equilibrio. Un diagrama de fases para dos componentes suele mostrar las curvas de fusión en un diagrama de temperatura-composición.
Los diagramas de fase son específicos para cada sustancia y mezcla. Las mezclas complejas pueden requerir diagramas de fase tridimensionales, que pueden representarse en dos dimensiones mediante el uso de la perspectiva. Los diagramas de fase se utilizan ampliamente en los estudios de los equilibrios minerales en relación con las condiciones de formación de las rocas y los minerales dentro de la Tierra. También son muy valiosos a la hora de diseñar equipos industriales y buscar las condiciones óptimas para los procesos de fabricación, así como para determinar la pureza de las sustancias.