Diagram termodynamiczny – diagram składający się z linii oznaczających ciśnienie atmosferyczne, wilgotność względną i temperaturę potencjalną powietrza. Wszystkie linie narysowane są w takich zależnościach, przy których spełnione są prawa termodynamiki. Przykładami takich diagramów są m.in. Skew-t i Stuve. Tego typu wykresy są używane do wykreślana radiosondaży, aby ocenić m.in. zmiany temperatury powietrza i temperatury punktu rosy wraz ze wzrostem wysokości. Jest to bardzo przydatne narzędzie do oceny niestabilności panującej w troposferze.