Difusão atômica é um processo de difusão através do qual o movimento aleatório termicamente ativado de átomos em um sólido resulta num transporte em balanço de átomos. Por exemplo, átomos de hélio dentro de um balão podem difundir-se através da parede do balão lentamente se esvaziando. Outras moléculas do ar (e.g. oxigênio, nitrogênio) tem menores mobilidades e então podem se difundir mais lentamente através da parede do balão. Existe um gradiente de concentração na parede do balão, porque inicialmente o balão era preenchido com hélio, e então está cheio de hélio em seu interior, mas há relativamente pouco hélio no lado externo (hélio não é um componente significativo do ar). A taxa de transporte é governada pela difusividade e o gradiente de concentração.