Sposobnost staničnih membrana da budu selektivno propusne rezultira specijaliziranom vrstom difuzije koja se naziva osmoza. Osmotska koncentracija odnosi se na volumen vode sadržane u otopini kao rezultat njezina kretanja kroz membranu koja je selektivna u odnosu na ono što prolazi. Iako se voda može nesmetano kretati u bilo kojem smjeru, kretanje je prvenstveno od mjesta gdje su molekule vode koncentrirane do mjesta gdje su manje koncentrirane. Kaže se da ova razlika u koncentraciji određenih molekula u jednoj regiji u usporedbi s drugom uspostavlja gradijent koncentracije. Otopljene tvari, koje su molekule u otopini, općenito se ne kreću nekontrolirano pokraj selektivnih staničnih membrana.
Kako se difuzija može brzo dogoditi na kratkoj udaljenosti, brzina difuzije i osmotska koncentracija općenito su određene kretanjem čestica. Na to koliko se brzo ili sporo kreću ove čestice utječu njihov oblik i veličina, njihov električni naboj i temperatura. S porastom temperature povećava se i brzina difuzije zbog povećane brzine kretanja čestica. Čestice različitih supstanci pomiješane zajedno će difundirati odvojeno. Kada se čestice ne dodaju ili ne oduzimaju, postiže se stanje stabilnosti, što znači da su čestice jednako raspoređene u obje regije.
Stupanj propusnosti membrane ovisi o veličini tvari, njezinu električnom naboju i sastavu membrane. Smatra se da je membrana propusna za tvar ako joj dopušta prolaz, a nepropusna kada ne dopušta prolaz. Selektivno propusne membrane dopuštaju određenim tvarima da lako prolaze kroz njih, ali ne i drugima, tako da su stanične membrane najpropusnije za male molekule kao i za molekule topljive u mastima. Iznimka su molekule vode jer mogu brzo proći kroz tekući dvosloj.
Određeno vanjskim okruženjem i potrebama stanice, plazma membrane mogu spriječiti prolaz određene tvari u određenim trenucima i dopustiti joj da prođe u drugim vremenima. Promjene u staničnom volumenu i raspodjeli iona mogu utjecati na osmotsku koncentraciju. Regulacijom osmotske koncentracije stanica kontrolira svoj volumen i svoju unutarnju okolinu, koja se izvana može značajno razlikovati.
Osmotski tlak otopine odnosi se na sklonost vode da se osmozom uvuče u tu otopinu. Otopine koje imaju visoke koncentracije otopljenih tvari imat će niske osmotske koncentracije kao i viši osmotski tlak. Idući u drugom smjeru, otopina s niskom koncentracijom otopljene tvari imat će visoku koncentraciju vode, kao i nizak osmotski tlak.