La presión osmótica es una fuerza volumétrica que resiste el proceso natural de ósmosis. Se hace referencia con mayor frecuencia en la biología humana, donde una célula viva contiene una solución concentrada de agua y ciertos otros elementos que separa de las soluciones externas mediante una membrana semipermeable. El proceso natural de ósmosis tiende a igualar las concentraciones de materiales solutos en una solución al pasar la solución a través de tales membranas, y la presión osmótica es la cantidad de presión que ejerce una célula viva para resistir esta fuerza. Dicha presión protege los componentes internos de la célula de la dilución y las soluciones dañinas que podrían atravesar la membrana y alterar la actividad celular normal o la mitosis.
Como muchas fuerzas naturales, la ósmosis es una fuerza que impulsa las soluciones hacia un estado de equilibrio. Cuando una solución rodeada por una membrana delgada contiene una concentración más alta de una sustancia química, como sal o azúcar, que la misma solución fuera de la membrana, las fuerzas de equilibrio conducen a toda la solución hacia un estado de concentración uniforme de sustancias químicas. Este proceso natural es especialmente importante con respecto al agua en las formas de vida de la Tierra, que tiene un nivel de energía potencial que hace que diluya las soluciones concentradas a través de diversas fuerzas como la ósmosis y la gravedad. Esta condición se conoce como potencial hídrico, y la capacidad del agua para ejercer esta fuerza aumenta con el volumen y la profundidad del agua, que es una forma de presión hidrostática osmótica.
Si bien el potencial hídrico es una fuerza igualadora para diferentes soluciones, lo opuesto a esta fuerza se conoce como potencial osmótico, que es el valor de la energía potencial que tiene la presión osmótica para resistir un estado de equilibrio. Los cálculos para determinar el valor real de la presión osmótica fueron realizados por primera vez por Jacobus Hoff, un químico holandés ganador del Premio Nobel de finales del siglo XIX y principios del XX. Más tarde, Harmon Morse, un químico estadounidense del mismo período, perfeccionó sus ideas.
Dado que el proceso de presión osmótica también se puede considerar para gases separados por una membrana semipermeable, obedece las mismas reglas físicas que la ley de los gases ideales. La ecuación de la presión osmótica, por lo tanto, se puede establecer como P = nRT / V, donde «P» es la presión osmótica y «n» es la cantidad de soluto o número de moles de moléculas presentes en el volumen – «V» – de solución. El valor de «T» representa la temperatura promedio de la solución y «R» es el valor constante de gas de 8.314 julios por grado Kelvin.
Aunque la presión osmótica es importante en biología celular para los animales en términos de proteger a la célula de la intrusión de solutos químicos no deseados o de la propia solución externa, tiene un propósito más fundamental en las plantas. Al contrarrestar la fuerza del potencial hídrico, las células vegetales utilizan la presión osmótica para dar cierto grado de turgencia o rigidez a las paredes celulares de las plantas. Al combinar esta fuerza entre múltiples células vegetales, le da a la planta la capacidad de producir tallos que se mantienen erguidos y pueden resistir el daño de las fuerzas climáticas como el viento y la lluvia. Esta es la razón por la que las plantas tienden a marchitarse y caer cuando carecen de agua, ya que las paredes celulares tienen una presión hidrostática osmótica insuficiente para resistir las fuerzas de la gravedad y las condiciones climáticas.