Diagramma di fase, grafico che mostra le condizioni limite per le fasi solida, liquida e gassosa di una singola sostanza o di una miscela di sostanze durante i cambiamenti di pressione e temperatura o in qualche altra combinazione di variabili, come la solubilità e la temperatura. La figura mostra un tipico diagramma di fase per un sistema monocomponente (cioè, uno costituito da una singola sostanza pura), le curve sono state ottenute da misure effettuate a varie pressioni e temperature. In qualsiasi punto delle aree separate dalle curve, la pressione e la temperatura permettono l’esistenza di una sola fase (solida, liquida o gassosa), e i cambiamenti di temperatura e pressione, fino ai punti sulle curve, non altereranno questa fase. In qualsiasi punto delle curve, la temperatura e la pressione permettono a due fasi di esistere in equilibrio: solido e liquido, solido e vapore, o liquido e vapore. Per esempio, la linea tracciata per la variazione con la temperatura della pressione di vapore per il liquido è il confine tra liquido e vapore; solo il vapore può esistere sul lato a bassa pressione e ad alta temperatura della linea, mentre la sostanza deve essere liquida sul lato ad alta pressione e a bassa temperatura; liquido e vapore esistono insieme a temperature e pressioni corrispondenti ai punti della linea; nel punto in cui questa linea svanisce, chiamato punto critico, il liquido e il suo vapore diventano indistinguibili. Lungo la linea tra liquido e solido si possono trovare le temperature di fusione per diverse pressioni. La giunzione delle tre curve, chiamata punto triplo, rappresenta le condizioni uniche in cui tutte e tre le fasi esistono in equilibrio insieme. Un diagramma di fase per due componenti di solito mostra le curve di fusione su un diagramma temperatura-composizione.
I diagrammi di fase sono specifici per ogni sostanza e miscela. Miscele complesse possono richiedere diagrammi di fase tridimensionali, che possono essere rappresentati in due dimensioni attraverso l’uso della prospettiva. I diagrammi di fase sono ampiamente usati negli studi degli equilibri minerali in relazione alle condizioni di formazione di rocce e minerali all’interno della Terra. Sono anche preziosi nella progettazione di attrezzature industriali e nella ricerca di condizioni ottimali per i processi di produzione, e nella determinazione della purezza delle sostanze.