UML cho phép biểu diễn cả bốn mối quan hệ giữa các đối tượng trong các hệ thống. Đó là các quan hệ: phụ thuộc, kết hợp, tổng quát hóa và hiện thực hóa.
+ Quan hệ phụ thuộc (dependency). Đây là quan hệ ngữ nghĩa giữa hai sự vật, trong đó có sự thay đổi một sự vật sẽ tác động đến ngữ nghĩa của sự vật phụ thuộc
Hình 2.16. Quan hệ phụ thuộc
+ Quan hệ kết hợp (association). Kết hợp là quan hệ cấu trúc xác định mối liên kết giữa các lớp đối tượng. Khi có một đối tượng của lớp này gửi/nhận thông điệp đến/từ chỗ đối tượng của lớp kia thì hai lớp đó có quan hệ kết hợp. Một dạng đặc biệt của quan hệ kết hợp là quan hệ tụ hợp (aggregation), biểu diễn mối quan hệ giữa toàn thể và bộ phận. Trong ký hiệu thường có nhãn và thường có chứa các bài trí khác nhau giải thích vai trò của đối tượng tham gia vào liên kết và các bản số của chúng.
Hình 2.17. Kết hợp
+ Quan hệ tổng quát hóa (generalization): Đây là quan hệ mô tả sự khái quát hóa mà trong đó một số đối tượng cụ thể (con) sẽ được thừa kế các thuộc tính, các phương thức của các đối tượng tổng quát (cha). Nó được ký hiệu bằng đường nét liền với mũi tên rỗng chỉ về phía cha
Hình 2.18. Tổng quát hóa
+ Thực hiện hóa (realization). Thực hiện hóa là quan hệ ngữ nghĩa giữa giao diện và lớp (hay thành phần) để thực hiện cài đặt các dịch vụ đã được khai báo trong các giao diện. Mối quan hệ này dựa vào 2 vị trí: giữa các giao diện và các lớp hoặc các thành phần thực hiện nó. Một mối quan hệ thực hiện được xem như một mối quan hệ nằm giữa mối quan hệ tổng quát hóa và mối quan hệ phụ thuộc, vì thế nó được ký hiệu bằng đường nét đứt có mũi tên rỗng.
Hình 2.19. Thực hiện hóa