Fázisdiagram, egy anyag vagy anyagkeverék szilárd, folyékony és gáznemű fázisainak határfeltételeit bemutató grafikon a nyomás és a hőmérséklet vagy a változók más kombinációjának, például az oldhatóságnak és a hőmérsékletnek a változása során. Az ábra egy egykomponensű (azaz egyetlen tiszta anyagból álló) rendszer tipikus fázisdiagramját mutatja, a görbék különböző nyomáson és hőmérsékleten végzett mérésekből származnak. A görbék által elválasztott területek bármely pontján a nyomás és a hőmérséklet csak egy fázis (szilárd, folyékony vagy gáz) létezését teszi lehetővé, és a hőmérséklet és a nyomás változása a görbék pontjaiig nem változtatja meg ezt a fázist. A görbék bármely pontján a hőmérséklet és a nyomás két fázis egyensúlyi állapotát teszi lehetővé: szilárd és folyékony, szilárd és gőz, vagy folyadék és gőz. Például a folyadék gőznyomásának a hőmérséklettel való változására rajzolt vonal a folyadék és a gőz közötti határvonal; a vonal alacsony nyomású, magas hőmérsékletű oldalán csak gőz létezhet, míg a magas nyomású, alacsony hőmérsékletű oldalán az anyagnak folyadéknak kell lennie; a vonal pontjainak megfelelő hőmérsékleten és nyomáson a folyadék és a gőz együtt létezik; ott, ahol ez a vonal eltűnik, az úgynevezett kritikus ponton a folyadék és a gőz megkülönböztethetetlenné válik. A folyadék és a szilárd anyag közötti vonal mentén megtalálhatók a különböző nyomásokhoz tartozó olvadási hőmérsékletek. A három görbe találkozási pontja, amelyet hármaspontnak nevezünk, jelenti azokat az egyedi feltételeket, amelyek mellett mindhárom fázis együttesen egyensúlyban van. Két komponens fázisdiagramja általában egy hőmérséklet-összetétel diagramon mutatja az olvadási görbéket.
A fázisdiagramok az egyes anyagokra és keverékekre jellemzőek. Az összetett keverékek háromdimenziós fázisdiagramokat igényelhetnek, amelyek perspektíva alkalmazásával két dimenzióban is ábrázolhatók. A fázisdiagramokat széles körben használják az ásványi egyensúlyok tanulmányozásában a kőzetek és ásványok Földön belüli kialakulásának körülményeivel kapcsolatban. Az ipari berendezések tervezésénél és a gyártási folyamatok optimális feltételeinek keresésénél, valamint az anyagok tisztaságának meghatározásánál is felbecsülhetetlen értéket képviselnek.