气体扩散法是一种利用不同分子间在热运动中具有不同的速度而分离出235的富集（浓缩）方法，主要用于分离同位素，尤其是铀的同位素。

根据气体分子运动学说和气体扩散定律，当气体混合物是在容器内时，轻分子的运动速度快，撞击器壁的机会多；重分子的运动速度慢，撞击器壁的机会少。如果器壁具有无数微孔，每孔只容许分子单独通过，则轻分子通过器壁的机会一定比重分子多。扩散结果是器内的轻分子相对地减少，富集于器外；器内的重分子相对地增加，并富集于器内。因此可以得到一定程度的分离。这种方法主要用于分离同位素。对分子量相差很小的混合气体，如铀235和铀238的六氟化物，必须连续进行多次，才能达到所需要的分离程度。

两种不同分子质量的气体混合物在热平衡时拥有相同的平均动能，相对速度与分子量成反比。当这两种分子通过扩散膜时，较轻分子通过扩散膜的机会较大，从而能够实现不同分子间的分离。同时还要求分子之间尽量不要发生碰撞，因此扩散膜的孔径应该小于分子运动的平均自由程。在实际中分离六氟化铀时，应该满足：气体压力足够低，薄膜足够薄，孔径约为0.01～0.03μm。由于铀235与铀238之间相对分子量差别很小，理论分离系数为1.0043，而实际分离系数大概只有1.003。因此，与离心法不同的是，要想分离出铀235需要将大量的扩散分离机串联起来，逐级提高铀的富集程度。为制得3%的铀235，大约需要1200多台分离机。

扩散厂由于需要不断重复分离气体，能耗十分巨大。每单位分离功大约需耗能2500～3000kw。这一高能耗的特点是气体扩散法的一个重要考量因素，尤其在评估其经济性和可持续性时。