在金属以及合金中，原子是依靠热振动而进行规则的运动，从一个位置移动到另一个位置，即完成原子的迁移过程，通常称为金属以及合金的扩散。扩散是一个重要的现象，例如合金的均匀化、冷变形金属的再结晶、钢的化学热处理等均是受到扩散过程的影响而完成的。

在金属晶体中的原子永远在它的平衡位置上进行不停的热振动，如果金属中出现成分不均匀而有浓度梯度（或化学梯度）时，原子获得了该位置的动能，从而发生原子有选择性的迁移即扩散。金属的扩散机理有以下几种观点。

①交换原子的扩散是通过与周围原子位置的对换而进行的，该观点未被证实。

②间隙迁移是指原子从一个间隙位置迁移至另外一个位置，这符合间隙固溶体迁移的规律，钢中碳的扩散即是如此进行的。

③空位迁移有空位存在时原子进行迁移，原子跳入邻近的空位后，自身留下的空位被另一个原子占据，如此循环下去，即像空位移动。它是金属中常见的扩散方式，置换固溶体的扩散就是依靠空位的存在进行的。

④环形换位是指原子围绕某一晶轴进行环形换位，该方式同交换换位相比，虽然需克服的能量要小一些，但仍难以进行。

固态原子的扩散规律是从高浓度向低浓度扩散，而扩散的流量或速度随着浓度的增高而增大，随扩散距离的加大而减小。扩散的流动方向与浓度梯度的方向相反，而实际金属中的扩散量随着时间的变化而不同，扩散的方向和扩散量也不相同。在钢的渗碳过程中，不同时间的碳浓度的变化率是有区别的。