Quando a concentração da espécie em difusão varia com o tempo, esta espécie em difusão se acumulará dentro do volume. Sob condições transitórias, transientes ou não estacionárias, o gradiente 
e, portanto, o fluxo J da Eq. (14.2), varia com o tempo. Isso está ilustrado na Figura 14.c, que mostra perfis de concentração tomados em três diferentes instantes de tempo, 
, 
e 
.
Pode-se determinar a variação na concentração com o tempo, durante o processo de difusão, para qualquer ponto no interior de um sólido, pela determinação da diferença entre o fluxo que entra e o que sai de um elemento de volume. Se forem considerados dois planos paralelos separados de uma distância dx, conforme ilustrado na Figura 14.d, o fluxo que entra no primeiro plano é
(14.3)
e o fluxo através do segundo plano é
(14.4)
Subtraindo 
, teremos:
(14.5)
A variação do fluxo com a distância é igual a
Daí obtemos a chamada Segunda Lei de Fick:
(14.6)
Figura 14.c – Perfis de concentração para condições transitórias.
Figura 14.d – Desenho esquemático representado por dois planos paralelos separados por uma distância dx.