К представлению о движении молекул приводит рассмотрение хорошо известных явлений: распространение запаха, свойство газа занимать весь объём, испарение жидкостей. Экспериментальным доказательством движения молекул является диффузия.

Смешаем в мензурке воду и перманганат калия («марганцовку»). Если дать постоять мензурке некоторое время, то граница воды и раствора марганцовки постепенно исчезнет. Это происходит потому, что молекулы обоих веществ двигаются непрерывно и беспорядочно, распространяются по всему объёму мензурки. Явление диффузии доказывает существование движения молекул.

Наиболее быстро диффузия происходит в газах, а наиболее медленно — в твердых телах. В газах молекула движется поступательно от столкновения до очередного столкновения, смещение молекулы от первоначального положения меньше, чем пройденный путь по ломаной линии. Именно поэтому скорость распространения газов, например, запах духов в комнате, намного меньше скорости самих молекул в газе.

Диффузия в твердых телах протекает крайне медленно, в течение нескольких лет. Это связано с тем, что в твердых телах атомы совершают беспорядочные колебания в узлах кристаллической решетки. В идеальном кристалле диффузия была бы практически невозможна. Но в реальных кристаллах всегда имеются дефекты, возникшие при нагреве, напряжениях, деформациях и других воздействиях. Именно поэтому возможна диффузия, то есть проникновение атомов одного твердого вещества в дефекты, а затем в незаполненные узлы кристаллической решетки (вакансии) другого вещества.

Известно, например, следующее: две гладко отшлифованные пластины из золота и свинца пролежали друг на друге около 5 лет, за это время золото и свинец проникли друг в друга на глубину около 1 мм. Увеличение числа дефектов с ростом температуры облегчает перемещение атомов в твёрдом теле и приводит к более быстрой диффузии. Известно, что диффузия цинка в медь возрастает более, чем в миллиард раз, при повышении температуры от 20 °С до 300 °С.

Рис. 1. Диффузия цинка в медь

Диффузия играет важную роль в технике, химии и биологии. Процесс всасывания продуктов из кишечника, проникновение кислорода из лёгких в кровь и из крови в ткани и тому подобное происходят вследствие диффузии. Для придания железным и стальным деталям значительной твердости их поверхностный слой подвергают диффузному насыщению углеродом. Именно вследствие диффузии воздух около поверхности Земли однороден, а не состоит из слоев разных газов.