Bir maddenin konsantrasyonu, belirli bir sıvı veya gaz hacminde bulunan moleküllerin sayısıdır. Bir konsantrasyon gradyanı, yüksek konsantrasyonlu bir alan ile düşük konsantrasyonlu bir alan arasında meydana gelir. Doğada, bu genellikle bir hücre sınırının veya zarının her iki tarafında meydana gelir. Eğer parçacıklar zarı serbestçe geçebiliyorsa, difüzyon adı verilen bir işlem gerçekleşir, burada parçacıklar konsantrasyon gradyanı boyunca düşük konsantrasyonlu alana doğru net bir akışla hareket eder. Moleküllerin bu gradyanı aşağısına doğru hareket etmesi, sonuçta her iki alanın, dinamik denge olarak bilinen bir durum olan konsantrasyonda eşit olmalarına neden olur.
Termal enerji, sıvılardaki ve gazlardaki moleküllerin, yön değiştirmelerine neden olan diğer parçacıkları veya yüzeyleri karşılayana kadar düz çizgiler halinde rasgele hareket etmesine neden olur. Difüzyon olarak bilinen işlem, moleküllerin yüksek konsantrasyonların olduğu alanlardan uzaklaşma ve daha az konsantre bölgelere doğru hareket etme eğiliminde olduğu anlamına gelir. Farklı molekül tipleri de birlikte karışma eğilimindedir. Bu işlemlerin her ikisi de, bir odaya yavaşça yayılarak hava molekülleriyle karışan bir koku yayılır. Sonunda, parçacıkların düzgün dağılması, konsantrasyon gradyanını ortadan kaldırır.
Osmoz olarak bilinen bir işlemde, moleküller, gradyanlar arasında, düşük konsantrasyonlardan yüksek konsantrasyonlara kadar zıt yönde hareket ediyor gibi görünmektedir. Bu, bir hücre zarının parçacıkların geçmesini engellediği durumlarda görülebilir çünkü çok büyüktür. Çözeltideki su molekülleri, çözünmüş parçacıklar olmasa bile zardan geçebilecek kadar küçük olabilir.
Su molekülleri, partikül konsantrasyonunun nispeten düşük olduğu hücrenin dışındaki bölgeden, yüksek partikül konsantrasyonunun bulunduğu hücrenin içine doğru hareket eder. Difüzyonla aynı şekilde, bu hareket iki alan arasındaki konsantrasyon gradyanını azaltır. Özel bir difüzyon şekli olarak tanımlanabilir, çünkü su molekülleri yüksek su konsantrasyonlu bir alandan düşük su konsantrasyonlu bir alana doğru hareket ediyor.
Bazen hücre biyolojisi, parçacıkları aktif bir konsantrasyon gradyanına karşı ve ozmoz ve difüzyon etkisine karşı hareket ettirmeye çalışır. Sodyum-potasyum pompası gibi aktif taşıma mekanizmaları olarak bilinenler devreye girer. Bu pompa, hücre zarı boyunca sodyum ve potasyum moleküllerini taşır, böylece hücre içinde yüksek bir potasyum konsantrasyonu ve dışarıda yüksek bir sodyum konsantrasyonu olmasını sağlar. İşlem, hücrenin içinde bulunan enerjinin depolandığı özel bir molekül olan ATP'yi gerektirir.
