Binární diagram železo-uhlík popisuje rovnovážný binární systém, ve kterém lze v závislosti na obsahu uhlíku a teplotě odečíst fázové a strukturní přeměny ve slitině železo-uhlík, tj. technickém železe. Kromě železa v převažující koncentraci a uhlíku jsou v technickém železe obsaženy ještě další žádoucí prvky, jako jsou např. mangan, křemík atd., ale i nežádoucí, zejména fosfor a síra. Nejdůležitější prvek – kromě železa – obsažený ve slitině je uhlík, jehož i malé změny koncentrace mají zásadní dopad na vlastnosti materiálu. Jako oceli se označují slitiny do obsahu 2,14 % uhlíku, nad tuto koncentraci se slitiny železo-uhlík označují jako surová železa nebo litiny.
Podle formy vyloučení uhlíku se rozlišují dva typy rovnovážného binárního diagramu železo-uhlík: buď diagram metastabilní soustavy Fe-Fe3C, nebo diagram stabilní soustavy Fe-C. Diagram metastabilní soustavy, ve které je uhlík vyloučen jako karbid železa Fe3C (někdy též cementit), se používá pro oceli a bílou litinu. Diagram stabilní soustavy, ve které je uhlík vyloučen v elementární formě, tj. jako grafit, se používá pro šedé litiny. Rovnovážný diagram je relevantní pouze při velmi pomalém ochlazování slitiny, kdy se rychlost ochlazování limitně blíží nule. Při vyšších rychlostech ochlazování je nutné použít diagramy izotermického rozpadu austenitu (IRA) nebo anizotermického rozpadu austenitu (ARA).
