Medžiagos koncentracija yra molekulių, esančių tam tikrame skysčio ar dujų tūryje, skaičius. Koncentracijos gradientas atsiranda tarp didelės koncentracijos srities ir mažos koncentracijos srities. Gamtoje tai dažniausiai įvyksta kiekvienoje ląstelės ribos arba membranos pusėje. Jei dalelės gali laisvai kirsti membraną, vyksta procesas, vadinamas difuzija, kai dalelės juda per koncentracijos gradientą grynuoju srautu link mažos koncentracijos srities. Šis molekulių judėjimas žemyn gradientu galiausiai lemia, kad abiejų sričių koncentracija tampa vienoda, o ši būsena vadinama dinamine pusiausvyra.
Dėl šiluminės energijos molekulės skysčiuose ir dujose atsitiktinai juda tiesia linija, kol susitinka su kitomis dalelėmis ar paviršiais, dėl kurių jos keičia kryptį. Procesas, žinomas kaip difuzija, reiškia, kad molekulės turi tendenciją pasitraukti iš sričių, kuriose yra didelė koncentracija, ir judėti į mažiau koncentruotus regionus. Įvairių tipų molekulės taip pat linkusios maišytis. Abu šie procesai veikia, kai kvapas palaipsniui pasklinda po kambarį, susimaišydamas su oro molekulėmis. Galiausiai tolygus dalelių pasiskirstymas pašalina koncentracijos gradientą.
Procese, žinomame kaip osmosas, atrodo, kad molekulės per gradientus juda priešingai – nuo mažos iki didelės dalelių koncentracijos. Tai galima pastebėti tais atvejais, kai ląstelės membrana neleidžia dalelėms praeiti, nes jos yra per didelės. Vandens molekulės tirpale gali būti pakankamai mažos, kad prasiskverbtų pro membraną, nors ištirpusios dalelės nėra.
Vandens molekulės juda iš už ląstelės ribų esančios srities, kur dalelių koncentracija santykinai maža, į ląstelės vidų, kur yra didelė dalelių koncentracija. Panašiai kaip difuzija, šis judėjimas sumažina koncentracijos gradientą tarp dviejų sričių. Ją galima apibūdinti kaip ypatingą difuzijos formą, nes vandens molekulės tikrai juda iš didelės vandens koncentracijos zonos į žemos vandens koncentracijos sritį.
Kartais ląstelių biologija aktyviai judina daleles prieš koncentracijos gradientą ir nuo osmoso bei difuzijos įtakos. Įsijungia vadinamieji aktyvieji transportavimo mechanizmai, tokie kaip natrio ir kalio siurblys. Šis siurblys perneša natrio ir kalio molekules per ląstelės membraną, užtikrindamas, kad ląstelės viduje būtų didelė kalio koncentracija, o išorėje – didelė natrio koncentracija. Procesui reikalingas ATP – speciali molekulė, kurioje kaupiama energija, kuri yra ląstelės viduje.