这是一种利用流体中存在温度梯度时，重分子通常富集于较冷区域而轻分子富集于较热区域的原理分离同位素方法。轻组分向温度高的方向扩散，重组分向温度低的方向扩散，这就是热扩散效应。该方法主要用于分离轻元素气体同位素，如氕、氘、和氚和惰性气体等。
具有两种温度差别很大的区域（或
设备）内，含有不同
分子量的气体或液体混合物，由于
热对流的作用，不同分子量的
分子有不同程度的
扩散效应，因此一类分子倾向于顺着热流动方向降集在较冷区域，另一类分子倾向于聚集在较热区域。将富集的气体取向，即达到
部分分离的目的。