Een fasediagram of fasendiagram is een grafische weergave van de verschillende fasen die in een gegeven materiaal aanwezig zijn, onder verschillende omstandigheden. In een dergelijk diagram staat de samenstelling van een materiaal uitgezet tegen de temperatuur (in een T,x-diagram), of tegen de druk.
In het fasediagram zijn verschillende vlakken ingetekend. Elk vlak komt overeen met een bepaalde fase van een stof. Elke lijn tussen twee vlakken (fasen) behoort bij een bepaalde faseovergang.
In verschillende fasen heeft een gegeven stof verschillende thermodynamische eigenschappen, bijvoorbeeld verschillende waardes voor de specifieke warmte, en verschillende mechanische eigenschappen, bijvoorbeeld de treksterkte.