В специальной литературе приводится несколько отличающихся в деталях определений слова диффузия (от лат. diffusio – распространение, растекание). В общем случае под диффузией условимся понимать перемещение атомов на расстояния не менее средних межатомных для данного вещества. Диффузия – прямое следствие теплового движения атомов. При постоянной температуре и отсутствии разности химических потенциалов
в пределах системы диффузионное перемещение происходит неупорядоченно. Разность химических потенциалов может определить направленный диффузионный поток, т. е. направление преимущественного перемещения. При постоянной температуре разность химических потенциалов может быть обусловлена наличием дефектов в кристаллах, градиентом упругих напряжений, а также неоднородностью распределения концентраций компонентов системы.

В твёрдых телах принципиально возможно несколько механизмов диффузионного перемещения атома: циклический – одновременное перемещение группы атомов по замкнутому контуру; обменный – взаимный обмен положением двух атомов (частный случай циклического); вакансионный – переход атома из позиции, в которой он находится, в свободную позицию – вакансию; межузельный – перемещение атомов в междоузлиях (рис. 9).

Реализуется тот механизм, при котором оказывается наименьшим энергетический барьер (энергия активации) – величина, которую необходимо преодолеть перемещающемуся атому. Для металлических атомов наиболее вероятен вакансионный механизм, а для элементов с малым атомным радиусом, таких как водород, углерод, азот – межузельный.

Рис. 9. Схема, демонстрирующая механизмы перемещения атомов в кристаллической решётке металла: I – совместное перемещение (циклическое вращение) группы атомов (в данном случае – четырёх); II – обмен соседних атомов; III – 1 – вакансия, в которую может переместиться атом 2, обладающий повышенной энергией; появившуюся на месте атома 2 вакансию может занять атом 3 и т. д.; IV – диффузия по межузельному механизму (характерна для элементов с малым атомным радиусом  – C, N, H)

Для описания диффузионных процессов в металлах и сплавах предложен ряд зависимостей, в основе которых лежат признанные классическими законы Фика. Их два. Они рассматриваются в специальной и учебной литературе, где материаловедение является профилирующей дисциплиной.

Диффузионные процессы играют важную роль в процессах кристаллизации, рекристаллизации, фазовых превращений, лежат в основе многих технологических процессов, таких как получение материалов методами порошковой металлургии, создание диффузионных покрытий (азотирование, цементация, борирование, силицирование, хромирование, нитроцементация и т. п.), плазменных и детонационных покрытий, покрытий, получаемых методом холодного газодинамического напыления, а также в процессах обработки материалов резанием, при эксплуатации машин и механизмов и во многих других случаях.