Cân bằng lỏng hơi là trạng thái mà tại đó pha lỏng và pha hơi (pha khí) cân bằng với nhau, tốc độ bay hơi bằng tốc độ ngưng tụ ở mức độ phân tử và lúc đó, xem như là không có sự chuyển pha lỏng – hơi. Mặc dù, theo lý thuyết, quá trình chuyển pha luôn đạt đến cân bằng, nhưng trên thực tế, sự cân bằng chỉ được thiết lập trong một hệ tương đối kín, khi chất lỏng và hơi của nó tiếp xúc với nhau trong thời gian đủ dài và không có sự tác động từ bên ngoài hoặc tác động từ từ.
Nồng độ của pha hơi khi tiếp xúc với pha lỏng của nó, đặc biệt ở trạng thái cân bằng, được đặc trưng bởi áp suất hơi, hoặc áp suất riêng phần trong hỗn hợp hơi. Áp suất hơi cân bằng của một chất lỏng thường phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Ở trạng thái cân bằng lỏng – hơi, một pha lỏng với những cấu tử có nồng độ nhất định sẽ có pha hơi cân bằng, trong đó nồng độ hay áp suất riêng phần của các cấu tử hơi sẽ đạt giá trị không đổi, phụ thuộc vào nồng độ của các cấu tử trong pha lỏng và nhiệt độ. Ngược lai, nếu pha hơi có nồng độ các cấu tử hay áp suất riêng phần không đổi thì ở trạng thái cân bằng, pha lỏng của nó có nồng độ không đổi, phụ thuộc vào nồng độ pha hơi và nhiệt độ.
Nồng độ cân bằng của mỗi cấu tử trong pha lỏng thường khác với nồng độ hay áp suất hơi của nó trong pha hơi, nhưng giữa chúng có sự tương quan. Nồng độ cân bằng lỏng – hơi thường được xác định qua thực nghiệm cho hỗn hợp lỏng – hơi có nhiều cấu tử. Trong một số trường hợp, các số liệu của cân bằng lỏng – hơi có thể được xác định nhờ Định luật Raoult, Định luật Dalton hay Định luật Henry.
Cân bằng lỏng hơi được ứng dụng nhiều trong việc thiết kế tháp chưng cất, đặc biệt là tháp đĩa.