Diffusie is de beweging van moleculen van een gebied met een hoge concentratie naar een gebied met een lage concentratie door willekeurige beweging. Bij voldoende tijd zal de concentratie van moleculen uiteindelijk gelijk worden. In tegenstelling tot sommige andere chemische reacties is er geen katalysator nodig om het diffusieproces te starten, vanwege de interne energie van de individuele moleculen.
Moleculen zijn constant in beweging vanwege hun interne energie. Interne energie is de willekeurige beweging van atomen en moleculen op microscopische schaal. Een badkuip vol water lijkt misschien volkomen stil, maar alle moleculen in dat water bewegen met honderden meters per seconde. Omdat de gemiddelde interne energie van elk type molecuul echter anders is, vindt diffusie plaats met verschillende snelheden, afhankelijk van de samenstelling van de stoffen.
Stel je twee verschillende gassen voor in een container, gescheiden door een barrière. Aan de ene kant zit koolmonoxide en aan de andere kant zuurstof. Hoewel er geen beweging zichtbaar is, botsen moleculen voortdurend met de barrière. Wanneer de barrière wordt verwijderd, zullen moleculen van beide gassen zich mengen, van een gebied met een hoge concentratie naar een lage concentratie - koolstofmoleculen zullen naar de kant gaan die pure zuurstof was. Uiteindelijk wordt de hele container gevuld met één gas, in dit geval koolstofdioxide.