物理化學、工程學、礦物學和材料科學中的相圖是一種圖表，用于顯示熱力學上不同相（如固態、液態或氣態）發生的條件（壓力、溫度、體積等）和 平衡共存。

相圖的常見組成部分是平衡線或相邊界，它們指的是標記多個相可以在平衡狀態下共存的條件的線。 相變沿平衡線發生。 亞穩態未顯示在相圖中，因為盡管它們經常出現，但它們不是平衡相。

三相點是相圖上平衡線相交的點。 三重點標記三個不同階段可以共存的條件。 例如，水相圖有一個三相點，對應于固態、液態和氣態水可以穩定共存的單一溫度和壓力（273.16 K 和 611.657 Pa 的蒸汽分壓）。

固相線是物質在固態下穩定的溫度。 液相線是物質在液態下穩定的溫度。 固相線和液相線之間可能存在間隙； 在間隙內，物質由晶體和液體（如漿液）的混合物組成。

工作流體通常根據其相圖的形狀進行分類。

最簡單的相圖是單一物質（例如水）的壓力-溫度圖。 軸對應于壓力和溫度。 相圖顯示了壓力-溫度空間中固、液、氣三相之間的平衡線或相界。

相圖上的曲線顯示了自由能（和其他派生屬性）變得不可解析的點：它們相對于坐標（本例中的溫度和壓力）的導數不連續（突然）變化。 例如，當容器被加熱到超過熔點時，裝滿冰的容器的熱容量會突然改變。 自由能解析的開放空間對應于單相區域。 單相區域由非分析行為線分隔，其中發生相變，稱為相界。

在右圖中，液體和氣體之間的相界不會無限期地延續。 相反，它終止于相圖上稱為臨界點的點。 這反映了這樣一個事實，即在極高的溫度和壓力下，液相和氣相在所謂的超臨界流體中變得難以區分。 在水中，臨界點出現在 Tc = 647.096 K (373.946 °C)、pc = 22.064 MPa (217.75 atm) 和 ρc = 356 kg/m3 左右。

液氣臨界點的存在揭示了在標記單相區域時存在輕微的歧義。 當從液相到氣相時，通常會越過相界，但可以選擇一條從不越過邊界的路徑，方法是走到臨界點的右側。 因此，液相和氣相可以連續地相互混合。 如果固相和液相具有相同的對稱群，則固液相邊界只能終止于臨界點。

對于大多數物質，相圖中的固液相界（或熔化曲線）具有正斜率，因此熔點隨壓力升高。 只要固相比液相密度大，就會出現這種情況。 對給定物質施加的壓力越大，物質分子彼此之間的距離就越近，這會增加物質分子間作用力的影響。

因此，該物質需要更高的溫度才能使其分子具有足夠的能量以打破固相的固定模式并進入液相。 類似的概念適用于液-氣相變。

水是一個例外，它具有帶負斜率的固液邊界，因此熔點隨壓力降低。 發生這種情況是因為冰（固態水）的密度低于液態水，正如冰漂浮在水面上這一事實所表明的那樣。 在分子水平上，冰的密度較低，因為它具有更廣泛的氫鍵網絡，這需要更大程度的水分子分離。 其他例外包括銻和鉍。

在超過 50 GPa（500 000 atm）的非常高的壓力下，液氮會經歷液-液相轉變為聚合物形式，并且在相同壓力下變得比固體氮更稠密。 因此，在這些條件下，固體氮也漂浮在液體中。