当气体处于不平衡状态时，其内部各项物理性质如密度、流速、温度不同，分子不停的碰撞、掺和，会引起质量（表现为气体密度）、动量（表现为气体向一定方向的流速）、能量（表现为气体温度）的定向迁移，直至趋于平衡状态。
气体扩散即是其中的一种质量迁移现象。它是指容器中的气体各部分因密度不同，导致气体分子热运动时，气体分子将从密度大处向密度小处迁移，最终使得各处密度相等。气体扩散在真空技术中有着诸多应用，扩散泵就是根据这一原理制成，真空干燥、真空脱气等则是气体扩散的一些具体应用。
气体扩散分为自扩散与互扩散。自扩散是指单一气体由于密度不同引起的扩散，而互扩散则是指两种或多种气体分子之间存在密度梯度时进行的相互渗透现象。不同的气体以及气体之间其扩散系数不同，且与气体的温度、压力因素息息相关。
另外气体在不平衡态下的迁移现象中，气体由于温度不同，也会使气体分子发生迁移，此时原因是温度不同，但迁移的却是质量，这称之为热扩散。热扩散由于温度不同会使较重的分子向温度低的方向集中，质量轻的向温度高的方向集中。伴随着热扩散，会使密度均匀的混合气体出现密度梯度，进而产生普通的互扩散。互扩散与热扩散相互作用下，至平衡状态时，重分子会集中于温度低的部位，而轻分子则会集中在温度高的部位。
