在金屬以及合金中，原子是依靠熱振動而進行規則的運動，從一個位置移動到另一個位置，即完成原子的遷移過程，通常稱為金屬以及合金的擴散。擴散是一個重要的現象，例如合金的均勻化、冷變形金屬的再結晶、鋼的化學熱處理等均是受到擴散過程的影響而完成的。

在金屬晶體中的原子永遠在它的平衡位置上進行不停的熱振動，如果金屬中出現成分不均勻而有濃度梯度（或化學梯度）時，原子獲得了該位置的動能，從而發生原子有選擇性的遷移即擴散。金屬的擴散機理有以下幾種觀點。

①交換原子的擴散是通過與周圍原子位置的對換而進行的，該觀點未被證實。

②間隙遷移是指原子從一個間隙位置遷移至另外一個位置，這符合間隙固溶體遷移的規律，鋼中碳的擴散即是如此進行的。

③空位遷移有空位存在時原子進行遷移，原子跳入鄰近的空位后，自身留下的空位被另一個原子占據，如此循環下去，即像空位移動。它是金屬中常見的擴散方式，置換固溶體的擴散就是依靠空位的存在進行的。

④環形換位是指原子圍繞某一晶軸進行環形換位，該方式同交換換位相比，雖然需克服的能量要小一些，但仍難以進行。

固態原子的擴散規律是從高濃度向低濃度擴散，而擴散的流量或速度隨著濃度的增高而增大，隨擴散距離的加大而減小。擴散的流動方向與濃度梯度的方向相反，而實際金屬中的擴散量隨著時間的變化而不同，擴散的方向和擴散量也不相同。在鋼的滲碳過程中，不同時間的碳濃度的變化率是有區別的。