Um diagrama de fase em físico-química, engenharia, mineralogia e ciência dos materiais é um tipo de gráfico que mostra as condições de equilíbrio entre as fases termodinamicamente distintas. Em matemática e em física, um diagrama de fase também tem significados alternativos, como um sinônimo de espaço fásico. No sentido de tratar de estados da matéria, em especial em engenharia química, um diagrama de fase é também chamado de carta termodinâmica.