Koncentracija snovi je število molekul, prisotnih v dani prostornini tekočine ali plina. Koncentracijski gradient se pojavi med območjem visoke koncentracije in območjem nizke koncentracije. V naravi se to običajno zgodi na vsaki strani celične meje ali membrane. Če lahko delci prosto prečkajo membrano, pride do procesa, imenovanega difuzija, kjer se delci premikajo po koncentracijskem gradientu z neto tokom proti območju nizke koncentracije. To gibanje molekul navzdol po gradientu sčasoma vodi do tega, da obe področji postaneta enaki v koncentraciji, stanje, znano kot dinamično ravnotežje.
Toplotna energija povzroči, da se molekule v tekočinah in plinih gibljejo naključno v ravnih črtah, dokler se ne srečajo z drugimi delci ali površinami, zaradi katerih spremenijo smer. Proces, znan kot difuzija, pomeni, da se molekule nagibajo k oddaljevanju od območij, kjer so visoke koncentracije, in k manj koncentriranim regijam. Različne vrste molekul se prav tako nagibajo k mešanju. Oba procesa delujeta, ko se vonj postopoma širi po prostoru in se meša z molekulami zraka. Sčasoma enakomerna porazdelitev delcev odstrani koncentracijski gradient.
V procesu, znanem kot osmoza, se zdi, da se molekule premikajo v nasprotni smeri po gradientih, od nizkih do visokih koncentracij delcev. To je mogoče opaziti v primerih, ko celična membrana blokira prehod delcev, ker so preveliki. Molekule vode v raztopini so lahko dovolj majhne, da prehajajo skozi membrano, čeprav raztopljeni delci niso.
Molekule vode se premikajo iz območja zunaj celice, kjer je koncentracija delcev relativno nizka, v notranjost celice, kjer je koncentracija delcev visoka. Na enak način kot difuzija, to gibanje zmanjša gradient koncentracije med obema področjema. Lahko ga opišemo kot posebno obliko difuzije, saj se molekule vode v resnici premikajo iz območja z visoko koncentracijo vode v območje z nizko koncentracijo vode.
Včasih celična biologija deluje tako, da aktivno premika delce proti koncentracijskemu gradientu in proti vplivu osmoze in difuzije. V poštev pridejo tako imenovani aktivni transportni mehanizmi, kot je natrijevo-kalijeva črpalka. Ta črpalka prenaša molekule natrija in kalija po celični membrani, kar zagotavlja visoko koncentracijo kalija v celici in visoko koncentracijo natrija zunaj. Proces zahteva ATP, posebno molekulo, v kateri je shranjena energija, ki se nahaja znotraj celice.