La première loi de Fick traduit la tendance à l'étalement ; le flux d'atomes est proportionnel au gradient de concentration de ces atomes et s'exprime par :

équation dans laquelle D est le coefficient de diffusion. D dépend fortement de la température ; quasi-nul à la température ambiante, ce coefficient est de l'ordre de l'unité en micron carré par heure pour des températures de l'ordre de 1100°C.

La deuxième loi à prendre en compte est l'équation de continuité. Dans un élément de volume donné, d'épaisseur dx, si le flux entrant est supérieur au flux sortant, la concentration de l'espèce considérée augmente. Cette équation est aussi utilisée pour les porteurs électrons et trous dans un semi-conducteur mais dans le cas des atomes il n'y a ni génération, ni recombinaison.

La combinaison des deux équations précédentes permet d'aboutir à la deuxième loi de Fick suivante :

Pour intégrer cette équation différentielle qui comporte une dérivation par rapport au temps et une double dérivation par rapport à l'espace, il faut déterminer 3 conditions particulières (ou limites). Ces conditions vont dépendre du procédé technologique mis en œuvre.