Kemampuan membran sel untuk menjadi permeabel selektif menghasilkan jenis difusi khusus yang disebut sebagai osmosis. Konsentrasi osmotik berkaitan dengan volume air yang terkandung dalam larutan sebagai akibat dari pergerakannya melewati membran yang selektif tentang apa yang melewatinya. Meskipun air dapat bergerak tanpa hambatan di kedua arah, pergerakannya terutama dari tempat molekul air lebih terkonsentrasi ke tempat yang kurang terkonsentrasi. Perbedaan konsentrasi molekul tertentu di satu wilayah dibandingkan dengan yang lain dikatakan membentuk gradien konsentrasi. Zat terlarut, yang merupakan molekul dalam larutan, umumnya tidak bergerak melewati membran sel selektif.
Karena difusi dapat dengan cepat terjadi dalam jarak pendek, laju difusi dan konsentrasi osmotik umumnya ditentukan oleh pergerakan partikel. Seberapa cepat atau lambat partikel-partikel ini bergerak dipengaruhi oleh bentuk dan ukurannya, muatan listriknya, dan suhunya. Dengan peningkatan suhu, laju difusi juga meningkat karena peningkatan laju pergerakan partikel. Partikel zat yang berbeda dicampur bersama-sama akan berdifusi secara terpisah. Ketika partikel tidak ditambahkan atau dihilangkan, keadaan stabil tercapai, artinya partikel didistribusikan secara merata di kedua wilayah.
Tingkat permeabilitas membran tergantung pada ukuran zat, muatan listriknya, dan susunan membran. Suatu membran dianggap permeabel terhadap suatu zat jika memungkinkan untuk melewatinya, dan tidak permeabel jika tidak memungkinkan untuk lewat. Membran selektif permeabel memungkinkan zat tertentu untuk melewatinya dengan mudah, tetapi tidak yang lain, sehingga membran seluler paling permeabel terhadap molekul yang kecil serta molekul yang larut dalam lemak. Molekul air adalah pengecualian untuk ini, karena mereka dapat dengan cepat melewati lapisan ganda cair.
Ditentukan oleh lingkungan luar dan kebutuhan sel, membran plasma dapat mencegah lewatnya zat tertentu pada waktu tertentu dan memungkinkannya lewat pada waktu lain. Perubahan volume sel dan distribusi ion dapat mempengaruhi konsentrasi osmotik. Dengan pengaturan konsentrasi osmotik, sel mengontrol volume dan lingkungan internalnya, yang dapat sangat berbeda di luarnya.
Tekanan osmotik suatu larutan mengacu pada kecenderungan air untuk pindah ke larutan itu melalui osmosis. Larutan yang memiliki konsentrasi zat terlarut tinggi akan memiliki konsentrasi osmotik yang rendah serta tekanan osmotik yang lebih tinggi. Pergi ke arah lain, larutan dengan konsentrasi zat terlarut rendah akan memiliki konsentrasi air yang tinggi serta tekanan osmotik yang rendah.