Các phân tử trong chất lỏng khuếch tán vì chúng chuyển động liên tục, ngẫu nhiên, trong đó các phân tử có nhiều khả năng di chuyển đến nơi có ít loại phân tử giống nhau hơn. Do đó, sự khuếch tán thực sự xảy ra như một vật chất xác suất kết hợp với chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử, thực chất là nhiệt năng. Chất lỏng càng nóng, các chất khuếch tán trong đó càng nhanh.
Sự khuếch tán xảy ra do chuyển động Brown, là chuyển động ngẫu nhiên, không đổi của các hạt trong chất lỏng. Theo dự án HyperPhysics tại Đại học Georgia State, mỗi nguyên tử hoặc phân tử trong chất lỏng, dù là chất tan hay dung môi, đều liên tục chuyển động theo đường thẳng, với tốc độ được xác định bởi nhiệt độ. Khi hạt gặp một hạt khác hoặc một bề mặt rắn, nó sẽ bật ra theo một hướng khác. Nếu đó là một hạt khác trong chất lỏng, đường đi của cả hai hạt đều bị thay đổi.
Đây là lý do tại sao thuốc nhuộm hòa tan trong nước, khi thả vào nước, cuối cùng sẽ lan truyền trong nước ngay cả khi không khuấy. Ngay cả trong nước tĩnh lặng, các phân tử nước riêng lẻ vẫn không ngừng chuyển động. Khi chúng va vào các phân tử của thuốc nhuộm, chúng sẽ truyền chuyển động cho chúng. Ít nhất một lúc nào đó, chuyển động đó sẽ đưa chúng ra khỏi các phân tử thuốc nhuộm khác, làm thuốc nhuộm lan rộng ra. Nếu có nhiều nước hơn thuốc nhuộm, chuyển động của phân tử thuốc nhuộm có nhiều khả năng tránh xa các phân tử thuốc nhuộm khác hơn là hướng về phía chúng.
