Cellmembranens förmåga att vara selektivt permeabla resulterar i en specialiserad typ av diffusion som kallas osmos. Osmotisk koncentration hänför sig till volymen vatten som finns i lösningen som ett resultat av dess rörelse förbi ett membran som är selektivt om vad som kommer igenom. Även om vatten kan röra sig obehindrat i endera riktningen, sker rörelsen i första hand från där vattenmolekylerna är mer koncentrerade till där de är mindre koncentrerade. Denna skillnad i koncentrationen av vissa molekyler i en region jämfört med en annan sägs etablera en koncentrationsgradient. Löst ämnen, som är molekyler i lösning, rör sig i allmänhet inte okontrollerat förbi selektiva cellmembran.
Eftersom diffusion snabbt kan ske över en kort sträcka, bestäms diffusionshastigheten och den osmotiska koncentrationen i allmänhet av partiklarnas rörelse. Hur snabbt eller långsamt dessa partiklar rör sig påverkas av deras form och storlek, deras elektriska laddningar och temperaturen. Med en ökning av temperaturen ökar diffusionshastigheten också på grund av den ökade hastigheten för partikelrörelse. Partiklar av olika ämnen som blandas samman kommer att diffundera separat. När partiklar inte tillsätts eller tas bort uppnås ett tillstånd av stabilitet, vilket innebär att partiklarna fördelas lika i båda regionerna.
Graden av membranpermeabilitet beror på ämnets storlek, dess elektriska laddning och membranets sammansättning. Ett membran anses vara genomsläppligt för ett ämne om det tillåter det att passera igenom, och ogenomträngligt när det inte tillåter passage. Selektivt permeabla membran tillåter vissa ämnen att passera genom dem lätt, men inte andra, så att cellulära membran är mest permeabla för molekyler som är små såväl som molekyler som är fettlösliga. Vattenmolekyler är undantaget från detta, eftersom de snabbt kan gå igenom ett flytande tvåskikt.
Bestämmas av den yttre miljön och cellens behov, kan plasmamembran förhindra passage av ett visst ämne vid vissa tidpunkter och tillåta det att passera vid andra tidpunkter. Förändringar i cellvolym och fördelningen av joner kan påverka osmotisk koncentration. Genom att reglera osmotisk koncentration kontrollerar en cell sin volym och sin inre miljö, som kan vara avsevärt annorlunda på utsidan av den.
Det osmotiska trycket hos en lösning hänvisar till vattnets tendens att flytta in i den lösningen genom osmos. Lösningar som har höga koncentrationer av lösta ämnen kommer att ha låga osmotiska koncentrationer såväl som högre osmotiska tryck. Om man går åt andra hållet kommer en lösning med låg koncentration av lösta ämnen att ha en hög koncentration av vatten samt ett lågt osmotiskt tryck.