在動力系統理論中，相空間是表示系統所有可能狀態的空間，每個可能狀態對應于相空間中的一個xxx點。 對于機械系統，相空間通常由位置和動量變量的所有可能值組成。 它是直接空間和倒易空間的外積。 相空間的概念是在 19 世紀后期由路德維希·玻爾茲曼、亨利·龐加萊和約西亞·威拉德·吉布斯提出的。

在相空間中，系統的每個自由度或參數都表示為多維空間的軸； 一維系統稱為相線，而二維系統稱為相平面。 對于系統的每種可能狀態或系統參數值的允許組合，多維空間中都包含一個點。 系統隨時間演化的狀態通過高維空間追蹤一條路徑（系統的相空間軌跡）。 相空間軌跡表示與從一個特定初始條件開始兼容的狀態集，位于表示與從任何初始條件開始兼容的狀態集的完整相空間中。 作為一個整體，相圖代表了系統的所有可能，它的形狀可以很容易地闡明系統的品質，否則這些品質可能不明顯。 相空間可能包含大量維度。 例如，包含許多分子的氣體可能需要每個粒子的 x、y 和 z 位置和動量的單獨維度（理想化單原子氣體的 6 個維度），并且對于更復雜的分子系統，需要額外的維度來描述振動模式 的分子鍵，以及圍繞 3 個軸旋轉。 在分析僅限于圍繞和沿各種旋轉或平移軸運動的機械系統的行為時，相空間更容易使用 - 例如 在機器人技術中，例如分析機械臂的運動范圍或確定實現特定位置/動量結果的最佳路徑。

在經典力學中，任何選擇廣義坐標 qi 的位置（即配置空間上的坐標）定義共軛廣義動量 pi，它們一起定義相空間上的坐標。

更抽象地說，在經典力學中，相空間是配置空間的余切叢，在這種解釋中，上述過程表示配置空間上局部坐標的選擇導致余切空間上標準辛結構的自然局部達布坐標的選擇 .

經典統計力學研究了該空間中系統集合的運動。 這種系統中點的局部密度服從劉維爾定理，因此可以視為常數。 在經典力學模型系統的背景下，相空間坐標。