У фразеології, як і в лексиці, спостерігаються системні зв'язки, тобто фразеологічна одиниця може вживатися в кількох значеннях, вступати в омонімічні, синонімічні, антонімічні відношення. На відміну від слів, багатозначність фразеологізмів обмежена і має свої специфічні особливості, які обумовлюються ступенем семантичної цілісності, структурно-семантичною залежністю окремих компонентів стійких словосполучень. Наприклад, крутити голову може означати: 1) захоплювати кого-небудь, закохувати і 2) збивати з пантелику, говорити неправду: «Чи захоче Тоня із ним дружити?.. Адже їй одне задоволення — крутити голови хлопцям...» (О. Гончар); «Мені теж довго голову крутили з пасікою» (М. Стельмах). Критерієм розрізнення значення фразеологізму є словесне і фразеологічне оточення, в якому значення фразеологізму конкретизується.
Омонімія у фразеології менш поширена, ніж полісемія, адже більшість фразеологічний одиниць в українській мові однозначна. Сама суть фразеологізму полягає в тому, щоб мінімальною кількістю слів відтворити глибину явища, факту. Фразеологічні вислови (прислів'я, приказки, крилаті слова, порівняння) переважно однозначні: біла ворона; як дві краплі води; хто високо літає, той низько сяде. Тому значення фразеологічних одиниць може змінюватися тільки під впливом контексту. Саме мовне оточення дає можливість виявити у фразеологізмі землі під ногами не чути кілька значень, наприклад: 1) втікати, 2) бігти, 3) у розпачі йти, 4) бути молодим, бадьорим.
Синонімія у фразеології тісно пов'язана з багатозначністю, яка є однією з причин появи фразеологічних синонімів. Фразеологічні синоніми — це ряд фразеологічних висловів, які, виражаючи одне і те ж поняття, відрізняються один від одного експресивно-змістовими відтінками або тим, що належать до різних функціональних типів мовлення. Напр.: старанно працювати — засукавши рукава (інтенсивно), не покладаючирук (невтомно), у поті чола (тяжко заробляючи). В ролі домінанти тут виступає окреме слово або вільне словосполучення, бо кожний фразеологізм має вже в собі заряд експресії. Семантичні відмінності між членами синонімічного ряду можна легко виявити. Багаточленні синонімічні ряди утворюють прислів'я та приказки. Наприклад, із значенням «діти схожі на батька»: який батько, такі його й діти, яке дерево, такі його квіти; яка хата, такий тин, який батько, такий син; які мамка й татко, таке й дитятко; яка мама, така сама; яке дерево, такий клин; яке коріння, таке й насіння; яке зіллячко, таке і сім ячко; яка щепа, така яблуня; яка яблунька, такі й яблучка та ін. Можливе використання синонімічного ряду в художньому чи публіцистичному творі. Так, у М. Стельмаха: «На другий день уже було відомо, що чортяка мене не вхопить, бо я вночі ні разу не бухикнув. Тому дід зауважив, що я одчайдух і весь удався в нього, а мати сказала, що в оглашеного. Після цього ми з дідом пере зирнулись, усміхнулися, мати посварилась на мене кулаком, а бабуня вирішила повести свого безклепкого внука до церкви. Там я мав і покаятись, і набрати ся розуму, якого усе чомусь не вистачало мені. Та я не дуже цим і журився, бо не раз чув, що такого добра бракувало не тільки мені, але й дорослим. І в них теж чогось вискакували клепки, розсихались обручі, губились ключі від розуму, не баняк, у голові літали джмелі, замість мозку росла капуста, не родило в черепку, не було лою під чуприною, розум якось втулявся аж у п 'яти і на в’язах стирчала макітра...» Фразеологічні синоніми треба відрізняти від фразеологічних варіантів. Під фразеологічними варіантам и розуміються різновиди фразеологічних одиниць, які є тотожними за значенням, стилістичними й синтаксичними функціями, але частково відрізняються лексичним складом або порядком слів: стенати (знизувати) плечима; взяти гору (верх); брати (взяти, вбрати, забрати) в шори; кров пити (смоктати); тоді, як мертвий оживе (з гробу підніметься); в одну дудку грати і під одну дудку грати та ін.
Іноді фразеологізми настільки розходяться за своїми значеннями, що стають антитезою один до одного: метати (кидати) очима блискавки означає 1) сердитись, гарячкувати і 2) кокетувати. До антонімічності може привести заміна одного з компонентів, який утворює центр фразеологізму: зіп'ястися (стати) на ноги і з ніг звалитись (упасти); (зникнути) як крізь землю провадитись і (з'явитися) як із землі виринути. У фразеологізмах-антонімах зіставляються протилежні якості чи властивості: хоч сядь та й плач, хоч стоя реви; чуже бачить і під лісом, а свого не бачить і під носом. Вказується на трудність дії (на стіну дертися; лікті гризти; потилицю чухати) або реальну неможливість її (побачиш, як свої вуха; відбудеться тоді, як рак свисне; як мертвий оживе та ін.). Іноді поєднуються антонімічні слова за допомогою сурядних сполучників: або пан або пропав; ні в тин ні в ворота; ні богу свічка ні чорту кочерга. Деякі фразеологізми будуються на протиставленні, що підсилюється запереченням однієї з властивостей: не все те золото, що блищить; не хвалися язиком, а хвалися ділом; не хвали день до вечора; не кричи, а ліпше навчи.
Сучасна українська мова: Підручник / О.Д. Пономарів, В.В. Різун, Л.Ю. Шевченко та ін.; за ред. О.Д. Пономарева. - 4-те вид. - К.: Либідь, 2008. - 488 с.