物質(zhì)有三種基本狀態(tài)，氣體、液體和固體。三種狀態(tài)在分子相互作用力上存在非常大的差異。

固體分子間的作用力很大，絕大多數(shù)分子只能在各自的平衡位置附近振動(dòng)，這是固體分子熱運(yùn)動(dòng)的基本形式。液體分子的熱運(yùn)動(dòng)情況跟固體相似，其主要形式也是振動(dòng)。但除振動(dòng)外，液體分子還會(huì)發(fā)生移動(dòng)，這使得液體有一定體積而無一定形狀，具有流動(dòng)性，同時(shí)，其擴(kuò)散速度也大于固體。

氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的速率很大，分子間極為頻繁地互相碰撞，每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)軌跡都是無規(guī)則的雜亂折線。溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)就越激烈。在0℃時(shí)空氣分子的平均速率約為400米/秒，由于極為頻繁的碰撞，分子速度大小和方向時(shí)刻都在改變，氣體分子沿一定方向遷移的速度就相當(dāng)慢，所以氣體擴(kuò)散速度比氣體分子運(yùn)動(dòng)的速度要慢得多。

將裝有兩種不同氣體的兩個(gè)容器連通，經(jīng)過一段時(shí)間，兩種氣體就在這兩個(gè)容器中混合均勻，這種現(xiàn)象叫做擴(kuò)散。在液體間和固體間也會(huì)發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象。在擴(kuò)散過程中，氣體分子從密度較大的區(qū)域移向密度較小的區(qū)域，經(jīng)過一段時(shí)間的摻和，密度分布趨向均勻。在擴(kuò)散過程中，遷移的分子不是單一方向的，只是密度大的區(qū)域向密度小的區(qū)城遷移的分子數(shù)，多于密度小的區(qū)域向密度大的區(qū)域遷移的分子數(shù)。

擴(kuò)散現(xiàn)象是氣體分子的內(nèi)遷移現(xiàn)象。宏觀上表現(xiàn)為從高濃度向低濃度擴(kuò)散，從微觀上分析是大量氣體分子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，分子之間發(fā)生相互碰撞的結(jié)果。不同空間區(qū)域的分子密度分布不均勻，分子發(fā)生碰撞的情況也不同。這種碰撞迫使密度大的區(qū)域的分子向密度小的區(qū)域轉(zhuǎn)移，最后達(dá)到均勻的密度分布。中學(xué)階段就有一個(gè)二氧化碳和空氣擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)。

氣體在液體中溶解和釋放的過程也是通過擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)的，但情況相對(duì)復(fù)雜。例如將一杯水放在純氫氣艙內(nèi)，開始水中沒有氫氣，氫氣可以立刻擴(kuò)散進(jìn)入水中，但進(jìn)入水中的部分氫氣分子也會(huì)從水中釋放出來。由于開始階段水中氫氣沒有達(dá)到飽和濃度，氫氣分子進(jìn)入水中數(shù)量超過釋放出來的數(shù)量，宏觀上看是從氣體向水中擴(kuò)散，隨著時(shí)間延長，水中氫氣的濃度越來越高，當(dāng)濃度達(dá)到溶解度水平時(shí)，進(jìn)入水中和離開水中的氫氣分子接近平衡，氫氣濃度不再繼續(xù)增加，此時(shí)就達(dá)到飽和濃度。例如氫氣在室溫一個(gè)大氣壓情況下大約在水中可以溶解1.8毫升，這就是氫氣的溶解度。極性分子如酒精，可以與水分子形成氫鍵，達(dá)到互溶會(huì)結(jié)合，溶解度比較大。但非極性氣體如氫氣氧氣在水中溶解度比較小，主要有兩方面原因，一是水分子之間比較氣體致密，水中缺乏容納氣體分子的空間，另一方面是水分子數(shù)量多，和氣體分子發(fā)生碰撞的機(jī)會(huì)大，氣體分子比較容易被排擠出來。呼吸過程簡單說就是氧氣溶解到組織和二氧化碳從組織中釋放的過程，是通過擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)的。

極性物質(zhì)如鈉離子可以和水形成團(tuán)簇，這樣的結(jié)構(gòu)不能依靠簡單擴(kuò)散方式跨越酯類細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，重要極性物質(zhì)如鈉、鉀和氯離子等是依靠特定蛋白通道才能跨膜運(yùn)輸。非極性氣體在水中溶解度雖然低，但由于這些氣體分子不與水相互結(jié)合，以獨(dú)立分子存在于液體中，這類分子在生物系統(tǒng)內(nèi)的擴(kuò)散不受細(xì)胞膜限制，如氫氣、氮?dú)夂脱鯕獾葰怏w分子可以自由跨膜出入細(xì)胞。