Η ικανότητα των κυτταρικών μεμβρανών να είναι επιλεκτικά διαπερατές οδηγεί σε έναν εξειδικευμένο τύπο διάχυσης που αναφέρεται ως όσμωση. Η ωσμωτική συγκέντρωση αναφέρεται στον όγκο του νερού που περιέχεται στο διάλυμα ως αποτέλεσμα της μετακίνησής του πέρα από μια μεμβράνη που είναι επιλεκτική ως προς το τι περνά μέσα. Παρόλο που το νερό μπορεί να κινείται ανεμπόδιστα προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, η κίνηση γίνεται κυρίως από το σημείο όπου τα μόρια του νερού είναι περισσότερο συγκεντρωμένα προς εκεί που είναι λιγότερο συγκεντρωμένα. Αυτή η διαφορά στη συγκέντρωση ορισμένων μορίων σε μια περιοχή σε σύγκριση με μια άλλη λέγεται ότι δημιουργεί μια κλίση συγκέντρωσης. Η διαλυμένη ουσία, που είναι μόρια σε διάλυμα, γενικά δεν μετακινείται ανεξέλεγκτα πέρα από τις επιλεκτικές κυτταρικές μεμβράνες.
Καθώς η διάχυση μπορεί να συμβεί γρήγορα σε μικρή απόσταση, ο ρυθμός διάχυσης και η οσμωτική συγκέντρωση καθορίζονται γενικά από την κίνηση των σωματιδίων. Το πόσο γρήγορα ή αργά κινούνται αυτά τα σωματίδια επηρεάζεται από το σχήμα και το μέγεθός τους, τα ηλεκτρικά τους φορτία και τη θερμοκρασία. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, ο ρυθμός διάχυσης αυξάνεται επίσης λόγω του αυξημένου ρυθμού κίνησης των σωματιδίων. Σωματίδια διαφορετικών ουσιών αναμεμειγμένα μεταξύ τους θα διαχέονται χωριστά. Όταν τα σωματίδια δεν προστίθενται ή αφαιρούνται, επιτυγχάνεται μια κατάσταση σταθερότητας, που σημαίνει ότι τα σωματίδια κατανέμονται εξίσου και στις δύο περιοχές.
Ο βαθμός διαπερατότητας της μεμβράνης εξαρτάται από το μέγεθος της ουσίας, το ηλεκτρικό της φορτίο και τη σύνθεση της μεμβράνης. Μια μεμβράνη θεωρείται ότι είναι διαπερατή από μια ουσία εάν της επιτρέπει να περάσει μέσα, και αδιαπέραστη όταν δεν επιτρέπει τη διέλευση. Οι επιλεκτικά διαπερατές μεμβράνες επιτρέπουν σε ορισμένες ουσίες να περάσουν εύκολα μέσα από αυτές, αλλά όχι σε άλλες, έτσι ώστε οι κυτταρικές μεμβράνες να είναι πιο διαπερατές σε μόρια που είναι μικρά καθώς και σε μόρια που είναι λιποδιαλυτά. Τα μόρια του νερού είναι η εξαίρεση σε αυτό, καθώς μπορούν γρήγορα να περάσουν από μια υγρή διπλή στιβάδα.
Καθορισμένες από το εξωτερικό περιβάλλον και τις ανάγκες του κυττάρου, οι πλασματικές μεμβράνες μπορούν να εμποδίσουν τη διέλευση μιας συγκεκριμένης ουσίας σε ορισμένες στιγμές και να της επιτρέψουν να περάσει σε άλλες στιγμές. Οι αλλαγές στον κυτταρικό όγκο και η κατανομή των ιόντων μπορεί να επηρεάσουν την οσμωτική συγκέντρωση. Με τη ρύθμιση της οσμωτικής συγκέντρωσης, ένα κύτταρο ελέγχει τον όγκο του και το εσωτερικό του περιβάλλον, το οποίο μπορεί να είναι σημαντικά διαφορετικό στο εξωτερικό του.
Η οσμωτική πίεση ενός διαλύματος αναφέρεται στην τάση του νερού να εισέρχεται σε αυτό το διάλυμα με όσμωση. Διαλύματα που έχουν υψηλές συγκεντρώσεις διαλυμένης ουσίας θα έχουν χαμηλές οσμωτικές συγκεντρώσεις καθώς και υψηλότερες οσμωτικές πιέσεις. Προχωρώντας προς την άλλη κατεύθυνση, ένα διάλυμα με χαμηλή συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας θα έχει υψηλή συγκέντρωση νερού καθώς και χαμηλή οσμωτική πίεση.