直接染料是以磺酸基或羚基的钠盐形式存在，在水中会电离出染料的色素阴离子和钠离子。直接染料是在中性或弱碱的条件下上染亚麻的。

在中性或弱碱的条件下，纤维素纤维中形成纤维素负离子，纤维表面带有负电荷，纤维周围的钠离子由于库仑引力的作用(就是两个正反电荷之间的引力作用 库仑力分为引力和斥力 同号电荷之间是斥力作用)，必定向纤维的界面转移，在纤维的表面做扩散层的分布，在纤维的界面上浓度最高，随着离纤维界面距离的加大，浓度逐渐降低，直至与染液中的本体浓度相当。

为了维持电荷中性，染液中必会有等量的染料阴离子向纤维的界面转移，在染料的色素阴离子向纤维界面进行转移的过程中，由于库仑力是远距离的作用力，染料色素阴离子首先受到的是纤维表面的负离子对它的排斥作用，只有那些由于碰撞或染色时温度的提高，瞬间具有更高能量的染料色素阴离子才能克服这种斥力产生的扩散能阻，突破一定的障碍进入到一定距离范围之内，由作为近距离作用力的范德华力起主要作用力，从而将染料的色素阴离子拉向纤维的表面，被纤维的表面吸附，再借助纤维内外层的浓度差，进一步扩散进入纤维无定形区的内部，完成染料的扩散上染过程，染色过程也就基本结束。