Die UML 2.0 verfügt über eine große Bandbreite an Diagrammarten, um das Verhalten eines Software-Systems darzustellen. Je nach Anwendungsdomäne werden andere Diagrammarten verwendet.
Die Verhaltensmodellierung wurde in der UML mit neuen Konzepten hinterlegt. Die Diagramme sind quasi eine Sicht auf dahinter liegende Modelle, welche diesen Konzepten folgen. Damit können verschiedene Diagrammtypen auch hierarchisch untereinander kombiniert werden. Komplexe Abläufe können nun Top/Down oder Bottom/Up erarbeitet werden.
Use Cases: Die Anwendungsfälle eines Systems werden in Use-Case Diagrammen (vgl. UML 1.x Use Case Diagramme) dargestellt. Dargestellt wird, welche Funktionen ein System für seine Umwelt, d.h. menschliche Akteure oder Nachbarsysteme leistet.
Aktivitätsdiagramm: Über Aktivitätsdiagramme werden sequentielle und parallele Abläufe dargestellt. Neben dem Kontrollfluss wird auch der Datenfluss dargestellt. Geschäftsprozesse oder auch komplexe Algorithmen können beispielsweise über Aktivitätsdiagramme dargestellt werden.
Zustandsautomat: Zustandsautomaten (vgl. UML 1.x State Charts) stellen alle Zustände und die Übergängen zwischen ihnen dar. Zustandsautomaten können Objekten, Schnittsellen (Protokollautomaten) und anderen Elementen zugewiesen werden.
Interaktionsdiagramme: Als Interaktionsdiagramme sind das Sequenzdiagramm, das Kommunikationsdiagramm, das Timing Diagramm zusammengefasst. Zusätzlich können verschiedene Diagramme über das Interaktionsübersichtsdiagramm untereinander verknüpft werden.
Sequenzdiagramm: Ein Sequenzdiagramm stellt den Nachrichtenaustausch zwischen Interaktionspartnern dar. Reihenfolgen oder Nebenläufigkeiten können daraus abgelesen werden.
Kommunikationsdiagramm: (vgl. UML 1.x Kollaborationsdiagramme) Stellt im Überblick dar, welche Interaktionspartner miteinander kommunizieren und wer mit wem Informationen austauscht.
Timing-Diagramm: In einem Timing-Diagramm können zeitliche Abläufe, also Zustandsveränderungen von Interaktionspartnern und deren Synchronisationen exakt mit präzisen Zeitangaben versehen dargestellt werden.
Interaktionsübersichtsdiagramm: Komplexe Interaktionen können über das Interaktionsübersichtsdiagramm dargestellt werden. Über die Kontrollstrukturen aus Aktivitätsdiagrammen können Interaktionen aus Sequenz-, Kommunikations- und Timing-Diagrammen dargestellt werden.