Salah satu sifat paling menonjol dari membran lipid adalah kemampuan lipid tunggal untuk berdifusi. Sifat ini ditemukan menggunakan “pemulihan fluoresensi setelah pemotretan,” juga dikenal sebagai FRAP. Dalam percobaan ini, permukaan sel pertama kali diberi label dengan fluorescent chromophore. Setelah itu, daerah tertentu kemudian diputihkan dengan cahaya yang intens, meninggalkan tanda yang menonjol.

Di daerah yang memutih, para peneliti memperhatikan bahwa seiring berjalannya waktu, molekul-molekul yang memutih bergerak keluar dari daerah yang memutih dan molekul-molekul yang tidak dikelantang bergerak ke arah daerah yang diputihkan. Ini menunjukkan bahwa bilayer lipid memungkinkan pergerakan molekul di dalam membran.

Ada dua macam difusi: lateral dan transversal (flip-flop). Difusi lateral persis seperti kedengarannya. Dalam lipid bilayer, satu molekul lipid dapat bergerak melewati molekul yang berdekatan. Molekul transversal bekerja sedikit berbeda. Ini masih menggeser satu dari pasangan yang berdekatan, dan menyeberang ke sisi lain dari lapisan ganda lipid. Penting untuk dicatat bahwa difusi lateral jauh lebih cepat daripada transversal. Studi menunjukkan bahwa difusi transversal hanya terjadi setiap beberapa jam sekali. Difusi adalah pergerakan partikel dari area konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah, dan tidak harus disamakan dengan osmosis, yang merupakan pergerakan air melalui membran semi-permeabel. Difusi tergantung pada konsentrasi CO2 dan O2 di dalam dan di luar karung alveolar.