Диффундировать могут как собственные атомы решетки (самодиффузия или гомодиффузия), так и атомы или ионы других химических элементов, присутствующих в кристаллической решетке (примесная или гетеродиффузия), а также точечные дефекты структуры кристалла — междоузельные атомы и вакансии.

Основными механизмами диффузии в твердом теле являются:

— вакансионный механизм, который заключается в миграции атомов по узлам кристаллической решетки при помощи вакансий. В любом кристалле существуют вакансии — незанятые позиции в кристаллической решетке. Один из соседних атомов может перескочить на место вакансии и занять ее место, оставив, в свою очередь, вакансию на своей прежней позиции. Так происходит перемещение по решетке атомов и вакансий, а, значит, и массоперенос, интенсивность которого растет с увеличением количества вакансий;

— межузельный механизм, при котором перенос вещества осуществляется межузельными атомами. Диффузия по такому механизму происходит интенсивно, если в кристалле по каким-то причинам присутствует большое количество межузельных атомов, и они легко перемещаются по решетке;

— прямой обмен атомов местами, который заключается в том, что два соседних атома прыжком обмениваются местами в решетке кристалла.

В любом процессе диффузии в твердом теле, как правило, имеют место все перечисленные механизмы движения атомов и ионов, хотя и в разном соотношении. Энергия, необходимая для перемещения вакансии или атома по решетке, называется энергией активации диффузии. Если в кристалле имеются протяженные дефекты (дислокации, дефекты упаковки, границы зерен), то скорость миграции по этим дефектам может быть заметно выше, чем в бездефектной области.