Dyfuzja to ruch cząsteczek z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niskim stężeniu poprzez ruch losowy. Po upływie wystarczającego czasu koncentracja cząsteczek w końcu się wyrówna. W przeciwieństwie do niektórych innych reakcji chemicznych, do rozpoczęcia procesu dyfuzji nie jest potrzebny katalizator, ze względu na energię wewnętrzną poszczególnych cząsteczek.
Cząsteczki są w ciągłym ruchu ze względu na swoją energię wewnętrzną. Energia wewnętrzna to przypadkowy ruch atomów i cząsteczek w skali mikroskopowej. Wanna pełna wody może wydawać się idealnie nieruchoma, ale wszystkie cząsteczki w tej wodzie poruszają się z prędkością setek stóp na sekundę. Ponieważ jednak średnia energia wewnętrzna każdego typu cząsteczki jest inna, dyfuzja zachodzi z różną szybkością w zależności od składu substancji.
Wyobraź sobie dwa różne gazy w pojemniku, oddzielone barierą. Po jednej stronie znajduje się tlenek węgla, po drugiej tlen. Mimo że nie widać żadnego ruchu, cząsteczki nieustannie zderzają się z barierą. Kiedy bariera zostanie usunięta, cząsteczki obu gazów będą się mieszać, przechodząc z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niskim stężeniu – cząsteczki węgla przesuną się na stronę, która była czystym tlenem. Ostatecznie cały pojemnik zostanie wypełniony jednym gazem, w tym przypadku dwutlenkiem węgla.