Molekyylit ovat lämpöliikkeensä vuoksi jatkuvassa liikkeessä. Diffuusiolla tarkoitetaan molekyylien liikkumista siten, että ne leviävät suuremman pitoisuuden puolelta kohti pienempää pitoisuutta. Diffuusion voi havaita helposti esimerkiksi tiputtamalla pisaran väriainetta nesteeseen. Aluksi väriainemolekyylit pysyttelevät lähellä lähtöpistettään, mutta leviävät hitaasti koko nesteeseen tasaisesti. Lopulta koko neste on väriltään tasakoosteista eikä paikallisia väriainekeskittymiä voi erottaa.

Diffuusiota tapahtuu jatkuvasti kaikilla solukalvoilla. Esimerkiksi soluun siirtyy happea ympäröivästä verisuonesta, sillä solun sisällä hapen pitoisuus on pienempi kuin verisuonessa. Vastaavasti hiilidioksidi kulkee solusta verisuoneen saman mekanismin avulla.

Kuva: Esimerkki diffuusiosta. Kun väriainepisara tiputetaan veteen, se leviää vähitellen tasaisesti koko nesteeseen. Tämä johtuu molekyylien lämpöliikkeestä.