Fazni diagram je diagram, ki se običajno uporablja v znanostih, zlasti v kemiji, za vizualizacijo pogojev, pod katerimi snov obstaja v določeni fazi in se spremeni v drugo fazo. Faze, ki jih obravnava fazni diagram, so običajno trdna, tekoča in plinasta faza. Diagrami so postavljeni kot grafi s pritiskom na navpični osi in temperaturo na vodoravni osi. Krivulje na diagramu predstavljajo točke, v katerih so različne faze v ravnotežnem stanju, odprti prostori pa predstavljajo različne faze. Iz takšnega diagrama je mogoče zbrati veliko dragocenih informacij, kot sta vrelišče in ledišče snovi pri danem tlaku.
Tipičen fazni diagram se začne pri zelo nizki temperaturi in tlaku in se začne samo z eno krivuljo. Nad krivuljo je trdna faza, pod njo pa plinasta faza. Sama krivulja predstavlja ravnovesje med trdno snovjo in plinom; pri zelo nizkem tlaku tekočina redko obstaja. To ravnotežje imenujemo tudi točka sublimacije. Sčasoma se pri določeni temperaturi in tlaku krivulja razcepi v dve različni krivulji, prostor med obema pa predstavlja tekočo fazo.
Točka, na kateri se krivulja razcepi na dve krivulji, se imenuje trojna točka. Pomemben je, ker predstavlja specifične pogoje temperature in tlaka, pri katerih so trdna, tekoča in plinasta faza v ravnovesnem stanju. To pomeni, da se snov, ki jo predstavlja grafikon, nenehno premika med fazami – vse tri so prisotne v vsakem trenutku.
Pri določeni temperaturi in tlaku se spodnja krivulja konča na točki, ki se imenuje kritična točka. To se običajno zgodi pri relativno visokem tlaku in temperaturi. Pri pogojih tlaka in temperature, višjih od kritične točke, ni opazne razlike med tekočo in plinasto fazo.
Fazni diagrami so uporabni in so lahko zelo pomembni za kemike. Krivulja na faznem diagramu, ki deli tekočino in plin, na primer, predstavlja pogoje, pod katerimi bosta oba v ravnotežju. Z drugimi besedami, krivulja predstavlja vrelišče snovi.