דיפוזיה היא תנועה של מולקולות מאזור של ריכוז גבוה לאזור של ריכוז נמוך באמצעות תנועה אקראית. בהינתן מספיק זמן, ריכוז המולקולות יהפוך בסופו של דבר לאחיד. בניגוד לתגובות כימיות אחרות, אין צורך בזרז בכדי להתחיל בתהליך הדיפוזיה בגלל האנרגיה הפנימית של המולקולות הבודדות.
מולקולות נמצאות בתנועה מתמדת, בגלל האנרגיה הפנימית שלהן. אנרגיה פנימית היא תנועה אקראית של אטומים ומולקולות בקנה מידה מיקרוסקופי. אמבטיה מלאה במים עשויה להראות דוממת לחלוטין, אך כל המולקולות בתוך המים הללו נעות במאות מטרים לשנייה. עם זאת, מכיוון שהאנרגיה הפנימית הממוצעת של כל סוג של מולקולה שונה, דיפוזיה מתרחשת בקצב מהירות שונה, תלוי בהרכב החומרים.
דמיין שני גזים שונים במיכל, המופרדים באמצעות מחסום. פחמן חד חמצני נמצא בצד אחד, וחמצן נמצא בצד השני. למרות ששום תנועה לא נראית לעין, מולקולות מתנגשות כל הזמן עם המחסום. כאשר מסירים את המחסום, מולקולות משני הגזים יתערבבו ויעברו מאזור של ריכוז גבוה לריכוז נמוך - מולקולות פחמן יעברו לצד שהיה חמצן טהור. בסופו של דבר, המכל כולו יתמלא בגז אחד, במקרה זה, פחמן דו חמצני.