Diagrama de fases, gráfico mostrando as condições-limite para as fases sólidas, líquidas e gasosas de uma única substância ou de uma mistura de substâncias enquanto submetidas a mudanças de pressão e temperatura ou em alguma outra combinação de variáveis, tais como solubilidade e temperatura. A Figura mostra um diagrama de fases típico para um sistema de um componente (ou seja, um composto por uma única substância pura), tendo as curvas sido obtidas a partir de medições feitas a várias pressões e temperaturas. Em qualquer ponto das áreas separadas pelas curvas, a pressão e a temperatura permitem que exista apenas uma fase (sólida, líquida ou gasosa), e as mudanças de temperatura e pressão, até os pontos das curvas, não irão alterar esta fase. Em qualquer ponto das curvas, a temperatura e a pressão permitem a existência de duas fases em equilíbrio: sólido e líquido, sólido e vapor, ou líquido e vapor. Por exemplo, a linha traçada para a variação com a temperatura da pressão de vapor do líquido é a fronteira entre líquido e vapor; somente vapor pode existir no lado de baixa pressão e alta temperatura da linha, enquanto a substância deve ser líquida no lado de alta pressão e baixa temperatura; líquido e vapor existem juntos em temperaturas e pressões correspondentes a pontos da linha; no local onde esta linha desaparece, chamado ponto crítico, o líquido e seu vapor tornam-se indistinguíveis. Ao longo da linha entre o líquido e o sólido, as temperaturas de fusão para diferentes pressões podem ser encontradas. A junção das três curvas, chamada de ponto triplo, representa as condições únicas sob as quais as três fases existem em equilíbrio juntas. Um diagrama de fases para dois componentes normalmente mostra curvas de fusão em um diagrama de temperatura-composição.
Diagramas de fase são específicos para cada substância e mistura. As misturas complexas podem requerer diagramas de fase tridimensionais, que podem ser representados em duas dimensões através do uso da perspectiva. Os diagramas de fase são amplamente utilizados em estudos de equilíbrios minerais em conexão com as condições de formação de rochas e minerais dentro da Terra. Eles também são inestimáveis na concepção de equipamentos industriais e na busca de condições ideais para processos de fabricação, e na determinação da pureza das substâncias.