按能量最低原理，系统总是尽可能处于能量最低状态以达到平衡。当一系统的浓度场未达到平衡时，则会产生物质传输而具有实现平衡的趋势。Fick通过研究发现，单位时间内通过一定面积的物质质量dm（或物质的量dn），与该处的浓度梯度∂c/∂x、垂直于物质扩散方向的截面积A及传输时间dt成正比，数学表达式为

引入一个常数D，写成等式：

其中J为扩散通量（diffusion flux），常用单位为g/（cm2·s）或mol/（cm2·s）。它表示在单位时间内，垂直通过扩散方向单位截面积的物质流量。由于Fick主要研究的是物质从高浓度向低浓度的扩散，即扩散方向与浓度梯度方向相反，故在式（7-6）中引入负号。D为扩散系数（diffusion coefficient），常用单位为cm2/s。把式（7-6）做一变换：(www.daowen.com)

故扩散系数的物理意义为在单位浓度梯度作用下，单位时间内垂直通过单位面积的物质的质量（或物质的量）。扩散系数大，物质传输量也大。扩散系数与物质结构、温度等诸多因素有关。式（7-6）常称为Fick第一定律（Fick's first law）。在y，z方向也有类似式（7-6）的表达式。

浓度梯度∂c/∂x=0时，系统为均匀体系。根据Fick第一定律，我们可知均匀体系的扩散通量J=0，即通过指定截面的正、反向通量相等，没有物质的净通量。只有浓度梯度∂c/∂x≠0时，体系才有净通量。Fick第一定律不含时间，无法求出任一时刻的浓度分布。但以Fick第一定律为基础可推导出体系中任一时刻的浓度分布情况（注：浓度有质量浓度与物质的量浓度之分。下文中的浓度，未加说明时，通常指质量浓度，常用单位g/cm3。物质的量浓度常简称浓度，单位mol/L）。