Este también es un caso de modulación donde las señales de transmisión como las señales de datos son analógicas y es un tipo de modulación exponencial al igual que la modulación de frecuencia.
En este caso el parámetro de la señal portadora que variará de acuerdo a señal moduladora es la fase.
La modulación de fase (PM) no es muy utilizada principalmente por que se requiere de equipos de recepción más complejos que en FM y puede presentar problemas de ambigüedad para determinar por ejemplo si una señal tiene una fase de 0º o 180º.
Señal Moduladora (Datos)
Señal Portadora
Señal Modulada
La forma de las señales de modulación de frecuencia y modulación de fase son muy parecidas. De hecho, es imposible diferenciarlas sin tener un conocimiento previo de la función de modulación.
Consideremos tener una señal portadora dada por la siguiente expresión:
vp(t) = Vp cos(2π fp t )
Donde Vp es el valor pico de la señal portadora y fp es la frecuencia de la señal portadora, y que la expresión matemática de la señal moduladora está dada por:
vm(t) = Vm sen(2π fm t )
Siendo Vm el valor pico de la señal portadora y fm su frecuencia.
Si consideramos que la fase de la señal portadora varia proporcionalmente a la amplitud de la señal moduladora, o sea que
Φ(t) = ΔΦvm(t) = ΔΦ Vm sen(2π fm t)
Donde ΔΦ es la constante de desviación de fase.
Como el valor máximo que puede tomar vm(t) es Vm, resulta que la máxima variación de ΔΦ será
pues 
por lo tanto la señal modulada resulta
v(t) = Vp cos[ 2π fp t +Φ(t) ]
donde Φ(t) será la variación de la fase debida a la modulación, reemplazando tenemos
v(t) = Vp cos[ 2π fp t +ΔΦ Vm sen(2π fm t) ]
llamando Β = ΔΦ Vm, el índice de modulación resulta
v(t) = Vp cos[ 2π fp t + Β sen(2π fm t) ]
Esta última expresión tiene la misma forma matemática que la expresión modulada en frecuencia, con la salvedad que Β es independiente de la frecuencia.
Por lo tanto los espectros de frecuencias de la modulación de fase tienen las mismas características generales que los espectros de modulación de frecuencia.
Si fm cambia, en tanto se mantenga fija la amplitud Vm, Β se mantiene constante y solo se altera el espaciamiento entre las líneas del espectro de frecuencias. Esto difiere de la modulación de frecuencia donde varía el espaciamiento y la amplitud de las líneas del espectro de frecuencias.
En PM las consideraciones acerca del ancho de banda son similares a las del ancho de banda en FM.