Sposobnost celičnih membran, da so selektivno prepustne, povzroči specializirano vrsto difuzije, imenovano osmoza. Osmotska koncentracija se nanaša na prostornino vode, ki jo vsebuje raztopina, ki je posledica njenega premika mimo membrane, ki je selektivna glede tega, kaj pride skozi. Čeprav se voda lahko neovirano premika v katero koli smer, je gibanje predvsem od mesta, kjer so molekule vode bolj koncentrirane, do mesta, kjer so manj koncentrirane. Ta razlika v koncentraciji določenih molekul v enem območju v primerjavi z drugim naj bi vzpostavila koncentracijski gradient. Raztopljene snovi, ki so molekule v raztopini, se običajno ne premikajo brez nadzora mimo selektivnih celičnih membran.
Ker se lahko difuzija hitro pojavi na kratki razdalji, sta hitrost difuzije in osmotska koncentracija na splošno določeni s gibanjem delcev. Kako hitro ali počasi se premikajo ti delci, je odvisno od njihove oblike in velikosti, njihovih električnih nabojev in temperature. Z zvišanjem temperature se zaradi povečane hitrosti gibanja delcev poveča tudi hitrost difuzije. Delci različnih snovi, pomešani skupaj, se bodo razpršili ločeno. Ko delci niso dodani ali odvzeti, je doseženo stanje stabilnosti, kar pomeni, da so delci enakomerno porazdeljeni v obe regiji.
Stopnja prepustnosti membrane je odvisna od velikosti snovi, njenega električnega naboja in sestave membrane. Za membrano se šteje, da je prepustna za snov, če ji omogoča prehod, in neprepustna, če ne dopušča prehoda. Selektivno prepustne membrane dopuščajo, da nekatere snovi zlahka prehajajo skozi njih, drugim pa ne, tako da so celične membrane najbolj prepustne za majhne molekule, pa tudi za molekule, ki so topne v maščobah. Molekule vode so pri tem izjema, saj lahko hitro preidejo skozi tekoči dvosloj.
Glede na zunanje okolje in potrebe celice lahko plazemske membrane ob določenem času preprečijo prehod določene snovi in ji dovolijo prehod v drugih časih. Spremembe celičnega volumna in porazdelitve ionov lahko vplivajo na osmotsko koncentracijo. Z regulacijo osmotske koncentracije celica uravnava svojo prostornino in svoje notranje okolje, ki se lahko na zunanji strani bistveno razlikuje.
Osmotski tlak raztopine se nanaša na težnjo vode, da se premakne v to raztopino z osmozo. Raztopine z visoko koncentracijo topljencev bodo imele nizke osmotske koncentracije in tudi višji osmotski tlak. Če gremo v drugo smer, bo imela raztopina z nizko koncentracijo topljenca visoko koncentracijo vode in nizek osmotski tlak.