In der Werkstoffwissenschaft bezeichnet der Begriff Phase einen thermodynamisch homogenen Bereich eines Systems mit einheitlicher chemischer Zusammensetzung (oder definierten Zusammensetzungsgrenzen), Kristallstruktur und physikalischen Eigenschaften. Phasen sind durch scharfe Phasengrenzen voneinander getrennt und können fest, flüssig oder gasförmig sein; in metallischen Werkstoffen stehen in der Regel feste Phasen im Vordergrund.

Die Beschreibung von Phasen basiert auf der thermodynamischen Gleichgewichtstheorie. Zustand und Stabilität einer Phase werden durch freie Enthalpie, Temperatur, Druck und Zusammensetzung bestimmt. Phasendiagramme (Gibbs’sche Zustandsdiagramme) fassen die Stabilitätsbereiche von Phasen zusammen und sind Grundlage für Legierungsentwicklung und Wärmebehandlungsstrategien.

In kristallinen Werkstoffen können mehrere feste Phasen mit unterschiedlicher Gitterstruktur und Zusammensetzung koexistieren, z. B. Ferrit, Austenit und Karbide in Stählen oder γ- und γ'-Phasen (Gamma-Prime) in Nickelbasis-Superlegierungen. Intermetallische Phasen (z. B. Laves-Phasen) besitzen meist geordnete Strukturen und stöchiometrienahe Zusammensetzungen und weisen oft hohe Härte und Sprödigkeit auf. Ein technisches Spezialbeispiel ist der erhaltene Austenit, eine metastabile Phase in gehärteten Stählen mit erheblichem Einfluss auf Verformungsverhalten und Ermüdung.

Die Phasenanalyse (z. B. mittels Röntgendiffraktometrie) erlaubt die Identifikation und Quantifizierung der Phasenzusammensetzung, also der Volumen- oder Massenanteile der vorhandenen Phasen. Die Phasenentwicklung während Erstarrung, Ausscheidung, Diffusion oder martensitischer Umwandlung ist zentral für Gefügedesign und Eigenschaftseinstellung. Die gezielte Steuerung von Phasenformationen und intermetallischer Phasenbildung ist daher ein Kerninstrument moderner Werkstoffentwicklung.