Niektóre substancje dostają się do komórki albo wydostają z niej -a zasadzie prostej dyfuzji, czyli procesu fizycznego opartego aa przypadkowych ruchach ich cząsteczek. Na tej samej zasadzie odbywa się rozprowadzanie substancji w obrębie komórki. W temperaturze powyżej zera absolutnego wszystkie atomy i cząsteczki mają energię kinetyczną, czyli energię ruchu, jak wiadomo, materia może mieć postać ciała stałego, cieczy lub gazu, zależnie od stopnia swobody ruchu cząstek. Cząstki ciała stałego są ściśle upakowane, a siły przyciągania między nimi umożliwiają im wykonywanie tylko ruchów wibracyjnych, uniemożliwiają zaś przemieszczanie się. W cieczy cząstki są bardziej oddalone od siebie, co oznacza, że ich wzajemne przyciąganie jest słabsze i mają one większą swobodę ruchu. W fazie gazowej cząstki są znacznie rozproszone i oddziaływania między nimi prawie nie istnieją. Rozprzestrzenianie się cząstek w fazie gazowej jest ograniczone jedynie ścianami pojemnika, w którym gaz się znajduje. Atomy i cząsteczki w cieczach i gazach przemieszczają się chaotycznie, zmieniając kierunek ruchu po zderzeniu ze sobą. Mimo że ruchy pojedynczych cząstek są nieukierunkowane i nieprzewidywalne, można przewidzieć zachowanie się populacji cząstek. Jeżeli atomy, jony lub cząsteczki nie są równomierne rozmieszczone w określonej przestrzeni, to można rozróżnić co najmniej dwa rejony: jeden o ich większym stężeniu, a drugi – o mniejszym. Różnica stężeń substancji oznacza istnienie gradientu stężenia. Podczas dyfuzji cząstki, wykonując przypadkowe ruchy, zaczynają przesuwać się w kierunku obszaru niższego ich stężenia. Nie oznacza to, że poszczególne cząstki nie mogą przemieszczać się wbrew gradientowi stężenia. Ponieważ jednak więcej jest ich w rejonie o wyższym stężeniu, oczywiście więcej ich też chaotycznymi ruchami przemieszcza się w kierunku niższego stężenia niż odwrotnie.