扩散双电层是指当带电的胶体颗粒分散在电解质溶液中时，由于静电吸引，溶液中带异号电荷的离子（反荷离子）向表面靠近，同时离子的热运动又使其向远离表面的方向扩散。溶液中带同号电荷的离子（同荷离子）呈相反的运动趋势。当静电吸引与热运动平衡时，在颗粒表面形成主要由反荷离子组成的扩散层。扩散层中反荷离子的数量随与表面距离的增加而减小，同荷离子随与表面距离的增加呈相反变化趋势，呈扩散状分布。胶体表面的带电层称为紧密层，紧密层与扩散层合称为扩散双电层。带电固体与电解质溶解接触时在其表面也可形成扩散双电层。双电层理论是胶体化学的基本理论，它经历了一个不断完善的过程。

从1853年亥姆霍兹提出的平行板双电层模型，到古依和査普曼提出的由反荷离子组成的扩散层学说，这一理论得到很大的发展。斯特恩对古依和查普曼双电层模型作了进一步修正。考虑到被吸附离子的大小对双电层的影响，提出了斯特恩双电层概念和模型。在该模型中，反荷离子与表面电荷之间由厚度为3的不带电层分开，这个不带电层称为斯特恩层。在斯特恩层中，介质的介电常数低，电位随距离增加呈直线下降。与斯特恩层连接的逐渐向本体溶液延伸的部分为扩散层。斯特恩层以外的反荷离子的电荷分布与古依扩散层中反荷离子的电荷分布相同，其电位随距离增加呈指数关系下降。格雷厄姆将斯特恩层进一步区分为由未水合离子构成的内亥姆霍兹层和由水合离子构成的外亥姆霍兹层，使双电层理论得到进一步完善。