원자의 확산을 동반함으로써 물질의 상변태가 일어나는 것을 말한다. 예를 들면, 철-탄소(Fe-C)합금이 비교적 천천히 냉각될 경우에 고온상의 오스테나이트(austenite)에서 페라이트(ferrite), 세멘타이트(cementite), 펄라이트(pearlite) 등으로 변태하여 이 경우 확산에 의해 합금원소의 이동이나 재분배가 일어난다. 냉각속도가 빠른 경우에는 이쪽의 원자 확산은 억제되어 마르텐사이트(martensite)라는 상이 생성된다. 확산변태는 용질원자의 확산속도에 의해 결정되므로 진행속도는 합금원자의 종류에 크게 영향을 받는다. 확산변태는 보통 Fe나 Ti등 한정된 금속재료에서 사용되는 용어이지만 석출도 열역학적으로 같은 현상이다.