Vielas koncentrācija ir molekulu skaits, kas atrodas noteiktā šķidruma vai gāzes tilpumā. Koncentrācijas gradients notiek starp augstas koncentrācijas apgabalu un zemas koncentrācijas apgabalu. Dabā tas parasti notiek katrā šūnas robežas vai membrānas pusē. Ja daļiņas var brīvi šķērsot membrānu, notiek process, ko sauc par difūziju, kurā daļiņas pārvietojas pa koncentrācijas gradientu ar neto plūsmu uz zemas koncentrācijas zonu. Šī molekulu kustība lejup pa gradientu galu galā noved pie tā, ka abu apgabalu koncentrācija kļūst vienāda, un tas ir stāvoklis, kas pazīstams kā dinamiskais līdzsvars.
Siltumenerģija liek molekulām šķidrumos un gāzēs nejauši kustēties taisnās līnijās, līdz tās sastopas ar citām daļiņām vai virsmām, kas liek tām mainīt virzienu. Process, kas pazīstams kā difūzija, nozīmē, ka molekulām ir tendence attālināties no apgabaliem, kur ir augsta koncentrācija, un virzīties uz mazāk koncentrētiem reģioniem. Arī dažādi molekulu veidi mēdz sajaukties kopā. Abi šie procesi darbojas, kad smarža pakāpeniski izplatās telpā, sajaucoties ar gaisa molekulām. Galu galā vienmērīgs daļiņu sadalījums noņem koncentrācijas gradientu.
Procesā, kas pazīstams kā osmoze, šķiet, ka molekulas pārvietojas pretējā virzienā pa gradientiem, no zemas līdz augstai daļiņu koncentrācijai. To var redzēt gadījumos, kad šūnas membrāna bloķē daļiņu izkļūšanu cauri, jo tās ir pārāk lielas. Ūdens molekulas šķīdumā var būt pietiekami mazas, lai izietu cauri membrānai, lai gan izšķīdušās daļiņas nav.
Ūdens molekulas pārvietojas no apgabala ārpus šūnas, kur daļiņu koncentrācija ir salīdzinoši zema, uz šūnas iekšpusi, kur ir augsta daļiņu koncentrācija. Tāpat kā difūzija, šī kustība samazina koncentrācijas gradientu starp diviem apgabaliem. To var raksturot kā īpašu difūzijas formu, jo ūdens molekulas patiešām pārvietojas no apgabala ar augstu ūdens koncentrāciju uz zemu ūdens koncentrāciju.
Dažreiz šūnu bioloģija darbojas, lai aktīvi pārvietotu daļiņas pret koncentrācijas gradientu un pret osmozes un difūzijas ietekmi. Sāk darboties tā sauktie aktīvie transporta mehānismi, piemēram, nātrija-kālija sūknis. Šis sūknis transportē nātrija un kālija molekulas cauri šūnas membrānai, nodrošinot augstu kālija koncentrāciju šūnā un augstu nātrija koncentrāciju ārpusē. Procesam ir nepieciešama ATP, īpaša molekula, kurā tiek uzkrāta enerģija, kas atrodas šūnas iekšpusē.