Un mélange azéotrope ou azéotropique (du grec ά, a privatif, ζέω, zéô, « bouillir » et τρορός, tropós, « manière, direction, tour, façon, mode ») est un mélange liquide qui, à pression constante, bout à température fixe en gardant une composition fixe. Un mélange azéotropique présente donc une phase vapeur ayant la même composition que la phase liquide avec laquelle elle est en équilibre. Il existe deux types d'azéotrope, selon les déviations induites par les interactions intermoléculaires par rapport au modèle de la solution idéale : l'azéotrope positif ayant, à température donnée, une pression supérieure à celle prédite par la loi de Raoult, et l'azéotrope négatif ayant une pression inférieure. Il existe des doubles azéotropes, des azéotropes à plus de deux corps et des hétéroazéotropes (équilibres liquide-liquide-vapeur). Un mélange azéotropique se comportant comme un corps pur, les divers corps d'un tel mélange ne peuvent être séparés par une distillation classique. Cette séparation est rendue possible par les techniques de distillation par balancement de pression ou au tiers corps (distillation azéotropique ou extractive) et de pervaporation.
