Ketika air mendidih, ia mengalami transisi fase dari cair ke fase gas. Persamaan keadaan di masing-masing fase ini hanyalah fungsi reguler, kontinu dengan turunan kontinu; kecuali dalam berpindah dari satu fase ke fase lain tiba-tiba berubah menjadi fungsi reguler yang berbeda. Transisi gas cair hanyalah transisi fase orde pertama, di mana turunan pertama dari potensial Gibbs terputus-putus melintasi batas fase. Ada transisi fase orde dua, di mana turunan pertama dari G kontinu, kecuali turunan kedua berubah secara diskontinu. Contohnya termasuk transisi gas-cair pada titik kritis, transisi feromagnetik dan transisi superkonduktor. . Banyak masalah kompleksitas yang penting terkait dalam satu atau lain cara dengan munculnya fenomena transisi fase. Sistem yang paling kompleks diketahui berpotensi menampilkan sejumlah pola yang berbeda dari perilaku kualitatif fase. Fase tersebut sesuai dengan bentuk organisasi internal yang berbeda dan dua fase yang diberikan biasanya dipisahkan oleh batas yang tajam dan melintasi batas tersebut menyiratkan perubahan dalam perilaku tingkat sistem. Banyak sistem ada dalam beberapa fase, tergantung pada nilai parameter eksternal seperti suhu, tekanan, dll. Transisi fase terjadi ketika hanya ada singularitas dalam energi bebas atau salah satu turunannya. Apa yang sering terlihat hanyalah perubahan tajam dalam sifat-sifat suatu zat. Transisi dari cair ke gas, dari konduktor normal ke superkonduktor atau dari paramagnet ke feromagnet adalah contoh umum. Karena suhu dan tekanan bervariasi, air dapat berwujud padat, cair, atau gas. Batas fase yang terdefinisi dengan baik memisahkan wilayah di mana setiap negara bagian stabil. Melintasi batas fase hanya ada lompatan dalam kepadatan dan panas laten, tanda tangan transisi orde pertama.