La capacidad de las membranas celulares para ser selectivamente permeables da como resultado un tipo especializado de difusión denominado ósmosis. La concentración osmótica se refiere al volumen de agua contenida en la solución como resultado de su movimiento a través de una membrana que es selectiva sobre lo que pasa. Aunque el agua puede moverse sin obstáculos en cualquier dirección, el movimiento es principalmente desde donde las moléculas de agua están más concentradas hasta donde están menos concentradas. Se dice que esta diferencia en la concentración de ciertas moléculas en una región en comparación con otra establece un gradiente de concentración. Los solutos, que son moléculas en solución, generalmente no se mueven sin control a través de membranas celulares selectivas.
Como la difusión puede ocurrir rápidamente en una distancia corta, la velocidad de difusión y la concentración osmótica generalmente están determinadas por el movimiento de las partículas. Qué tan rápido o lento se mueven estas partículas se ve afectado por su forma y tamaño, sus cargas eléctricas y la temperatura. Con un aumento de temperatura, la tasa de difusión también aumenta debido a la mayor tasa de movimiento de las partículas. Las partículas de diferentes sustancias mezcladas se difundirán por separado. Cuando las partículas no se agregan o quitan, se alcanza un estado de estabilidad, lo que significa que las partículas se distribuyen por igual en ambas regiones.
El grado de permeabilidad de la membrana depende del tamaño de la sustancia, su carga eléctrica y la composición de la membrana. Se considera que una membrana es permeable a una sustancia si la deja pasar, e impermeable cuando no permite el paso. Las membranas selectivamente permeables permiten que ciertas sustancias las atraviesen fácilmente, pero no otras, de modo que las membranas celulares son más permeables a las moléculas que son pequeñas, así como a las moléculas que son solubles en grasa. Las moléculas de agua son la excepción a esto, ya que pueden atravesar rápidamente una bicapa líquida.
Determinadas por el entorno externo y las necesidades de la célula, las membranas plasmáticas pueden evitar el paso de una sustancia en particular en ciertos momentos y permitir que pase en otros momentos. Las alteraciones en el volumen celular y la distribución de iones pueden afectar la concentración osmótica. Mediante la regulación de la concentración osmótica, una célula controla su volumen y su entorno interno, que puede ser significativamente diferente en el exterior.
La presión osmótica de una solución se refiere a la tendencia del agua a entrar en esa solución por ósmosis. Las soluciones que tienen altas concentraciones de solutos tendrán concentraciones osmóticas bajas así como presiones osmóticas más altas. Yendo en la otra dirección, una solución con una concentración baja de soluto tendrá una alta concentración de agua así como una baja presión osmótica.