Konsentrasi suatu zat adalah jumlah molekul yang ada dalam volume tertentu dari cairan atau gas. Gradien konsentrasi terjadi antara area dengan konsentrasi tinggi dan area dengan konsentrasi rendah. Di alam, ini biasanya terjadi di setiap sisi batas sel, atau membran. Jika partikel dapat dengan bebas melintasi membran, proses yang disebut difusi terjadi, di mana partikel bergerak melintasi gradien konsentrasi dengan aliran bersih menuju area konsentrasi rendah. Pergerakan molekul menuruni gradien ini akhirnya menyebabkan kedua area menjadi sama dalam konsentrasi, keadaan yang dikenal sebagai kesetimbangan dinamis.
Energi panas menyebabkan molekul dalam cairan dan gas bergerak secara acak dalam garis lurus hingga bertemu dengan partikel atau permukaan lain yang menyebabkannya berubah arah. Proses yang dikenal sebagai difusi berarti bahwa molekul memiliki kecenderungan untuk menjauh dari daerah yang memiliki konsentrasi tinggi dan bergerak menuju daerah yang kurang terkonsentrasi. Jenis molekul yang berbeda juga cenderung bercampur. Kedua proses ini bekerja ketika aroma secara bertahap menyebar ke seluruh ruangan, bercampur dengan molekul udara. Akhirnya, distribusi partikel yang merata menghilangkan gradien konsentrasi.
Dalam proses yang dikenal sebagai osmosis, molekul tampaknya bergerak berlawanan arah melintasi gradien, dari partikel dengan konsentrasi rendah ke tinggi. Ini dapat dilihat dalam kasus ketika membran sel menghalangi partikel untuk melewatinya karena terlalu besar. Molekul air dalam larutan mungkin cukup kecil untuk melewati membran, meskipun partikel terlarut tidak.
Molekul air bergerak dari daerah di luar sel, di mana konsentrasi partikelnya relatif rendah, ke bagian dalam sel, di mana terdapat konsentrasi partikel yang tinggi. Dengan cara yang sama seperti difusi, gerakan ini mengurangi gradien konsentrasi antara dua area. Ini dapat digambarkan sebagai bentuk difusi khusus, karena molekul air benar-benar bergerak dari area dengan konsentrasi air tinggi ke area dengan konsentrasi air rendah.
Terkadang, biologi sel bekerja untuk secara aktif memindahkan partikel melawan gradien konsentrasi dan melawan pengaruh osmosis dan difusi. Apa yang dikenal sebagai mekanisme transpor aktif ikut berperan, seperti pompa natrium-kalium. Pompa ini mengangkut molekul natrium dan kalium melintasi membran sel, memastikan bahwa ada konsentrasi kalium yang tinggi di dalam sel dan konsentrasi natrium yang tinggi di luar. Prosesnya membutuhkan ATP, molekul khusus tempat energi disimpan, yang ditemukan di dalam sel.