gdzie: – gęstość strumienia cząsteczek (wektor określający ilość substancji przepływającej w czasie przez infinitezymalnie małą powierzchnię prostopadłą do kierunku jej przepływu, zawierającą punkt ), – współczynnik dyfuzji, zależny od temperatury, ciśnienia oraz rodzaju dyfundującej substancji i rodzaju ośrodka, – operator nabla, – gradient stężenia substancji, czyli wektor wskazujący kierunek najszybszego wzrostu stężenia substancji w punkcie .

Z prawa tego wynika, że lokalny wektor gęstości strumienia dyfundującej substancji ma kierunek zgodny z lokalnym wektorem gradientu stężenia. Znak minus w równaniu wskazuje, że transport substancji zachodzi w kierunku przeciwnym do wektora gradientu, czyli od obszarów o wyższym stężeniu do obszarów o stężeniu niższym (zgodnie z naturalnym kierunkiem wyrównywania stężeń).

W układzie współrzędnych kartezjańskich pierwsze prawo Ficka przyjmie postać:

w przestrzeni trójwymiarowej ( jest wektorem o trzech współrzędnych):

w przestrzeni dwuwymiarowej ( jest wektorem o dwóch współrzędnych):

w przestrzeni jednowymiarowej (gdzie rozważa się współrzędną wektora strumienia wzdłuż osi , będącą wielkością skalarną):