Capacitatea membranelor celulare de a fi selectiv permeabile are ca rezultat un tip specializat de difuzie numit osmoză. Concentrația osmotică se referă la volumul de apă conținut în soluție ca rezultat al mișcării acesteia pe lângă o membrană care este selectivă în ceea ce privește ceea ce trece prin. Chiar dacă apa se poate mișca nestingherită în oricare direcție, mișcarea este în primul rând de unde moleculele de apă sunt mai concentrate până acolo unde sunt mai puțin concentrate. Se spune că această diferență în concentrația anumitor molecule într-o regiune în comparație cu alta stabilește un gradient de concentrație. Solutul, care sunt molecule în soluție, în general, nu trece necontrolat prin membranele celulare selective.
Deoarece difuzia poate avea loc rapid pe o distanță scurtă, viteza de difuzie și concentrația osmotică sunt în general determinate de mișcarea particulelor. Cât de repede sau încet se mișcă aceste particule este afectat de forma și dimensiunea lor, de sarcina lor electrică și de temperatură. Odată cu creșterea temperaturii, viteza de difuzie crește și datorită ratei crescute de mișcare a particulelor. Particulele diferitelor substanțe amestecate împreună vor difuza separat. Când particulele nu sunt adăugate sau îndepărtate, se ajunge la o stare de stabilitate, ceea ce înseamnă că particulele sunt distribuite egal în ambele regiuni.
Gradul de permeabilitate a membranei depinde de dimensiunea substanței, de sarcina sa electrică și de alcătuirea membranei. O membrană este considerată a fi permeabilă la o substanță dacă îi permite trecerea și impermeabilă atunci când nu permite trecerea. Membranele permeabile selectiv permit anumite substanțe să treacă prin ele cu ușurință, dar nu altele, astfel încât membranele celulare sunt cele mai permeabile la moleculele care sunt mici, precum și la moleculele care sunt solubile în grăsimi. Moleculele de apă sunt o excepție de la aceasta, deoarece pot trece rapid printr-un bi-strat lichid.
Determinate de mediul extern și de nevoile celulei, membranele plasmatice pot împiedica trecerea unei anumite substanțe în anumite momente și îi permit să treacă în alte momente. Modificările volumului celular și distribuția ionilor pot afecta concentrația osmotică. Prin reglarea concentrației osmotice, o celulă își controlează volumul și mediul său intern, care poate fi semnificativ diferit la exteriorul acesteia.
Presiunea osmotică a unei soluții se referă la tendința apei de a intra în acea soluție prin osmoză. Soluțiile care au concentrații mari de soluți vor avea concentrații osmotice scăzute, precum și presiuni osmotice mai mari. Mergând în cealaltă direcție, o soluție cu o concentrație scăzută de solut va avea o concentrație mare de apă, precum și o presiune osmotică scăzută.