A diffúzió tehát a membrán anyagában történő transzport, amelynek leírására a közismert Fick I. törvény érvényes. Ez alapján a permeabilitásnál megadott átlagos diffúziós koefficiens (Di) felírható egy integrált tartalmazó egyenlettel (Lin, 2007):

 

 

ahol c1 és c2 a gázkomponens oldott koncentrációja a polimer két oldalán, Deff pedig a lokális diffúziós effektív koefficiens, ami a komponens mobilitását jellemzi a polimerben. Ezt a mobilitást nagyban befolyásolja a polimer szerkezete: a lánc flexibilitása, a láncok közötti kölcsönhatások, a kristályosodási fok stb. A polimerkémiával foglalkozó fejezetben említett ún. „szabad térfogat” a polimerláncok közötti pici térrészeket jelenti. A membránban a gázkomponens ezeket a szabad térrészeket kihasználva vándorol át a primer oldalról a szekunder oldalra a transzport során.

 

 

ahol AD és B a hőfoktól és a koncentrációtól független konstansok, míg FFV (fractional free volume) a szabad térfogat, amelynek értékét többféleképpen lehet becsülni (Lin, 2007).