Phasenübergänge bezeichnen die Umwandlung eines Systems von einem thermodynamischen Gleichgewichtszustand in einen anderen, gekennzeichnet durch qualitative Änderungen makroskopischer Eigenschaften. Klassische Beispiele sind Schmelzen, Verdampfen oder die Umordnung von Kristallstrukturen (z.B. Martensitbildung in Stählen).

Thermodynamisch werden Phasenübergänge durch Nicht‑Analytizitäten in der freien Enthalpie beschrieben. Nach Ehrenfest unterscheidet man Übergänge erster Ordnung, bei denen die erste Ableitung der freien Energie (z.B. Entropie, Volumen) sprunghaft ist, und Übergänge höherer Ordnung, insbesondere kontinuierliche oder zweiter Ordnung, bei denen Ordnungsparameter und seine Ableitungen ein kritisches Verhalten zeigen. Beispiele sind ferromagnetische Ordnungsübergänge oder supraleitende Übergänge (Typ‑II-Supraleiter, idealisiert).

In der Werkstofftechnik sind Phasenübergänge zentral für Gefügebildung, mechanische Eigenschaften und Funktionalität. Das Phasendiagramm beschreibt stabile Phasen in Abhängigkeit von Temperatur, Druck und Zusammensetzung; es erlaubt die Vorhersage von Umwandlungspunkten (Solidus, Liquidus, Solvus, Curie‑Temperatur u.a.). Kinetische Aspekte werden über Keimbildung und Wachstum (klassische Keimbildungstheorie) bzw. diffusionslose Mechanismen (martensitische Transformation) erfasst.

Mikroskopisch werden Phasenübergänge mithilfe von Ordnungsparametern, Landau‑Theorie, Ising‑Modellen und Renormierungsgruppenkonzepten beschrieben. Für technische Werkstoffe sind neben Gleichgewichtstransformationen auch nichtgleichgewichtige Übergänge (z.B. Glasbildung, Spinodale Zerlegung) relevant, da sie durch Prozessführung (Abschrecken, plastische Verformung, Bestrahlung) gezielt eingestellt werden können und so das Eigenschaftsprofil von Metallen, Keramiken und Polymeren bestimmen.