En una célula la superficie que separa al sistema del medio que lo rodea es la membrana celular y el intercambio de sustancias entre la célula y el medio debe ocurrir a través de esta membrana. Este intercambio resulta esencial para mantener la integridad de la célula y para proveer las distintas especies químicas necesarias para los procesos metabólicos que ocurren permanentemente dentro de ella. Como vimos, las sustancias se mueven impulsadas por su gradiente de potencial químico o electroquímico. Toda sustancia esta formada por moléculas que poseen cierta cantidad de energía térmica que es indicativa de sus movimientos espontáneos, un resultado del movimiento térmico es ladifusión. Una gran parte del paso de moléculas a través de la membrana celular se produce por difusión simple. Cuando una molécula esta más concentrada en una cara de la membrana que en la otra y la membrana es permeable a ésta, hay una tendencia de la molécula a difundirse a través de la membrana a favor de su gradiente de concentración. Este dezplazamiento ocurre sin gasto de energía externa (transporte pasivo).
Un ejemplo importante es la captación de oxígeno de una célula realizando respiración celular. El oxígeno disuelto se difunde dentro de la célula a través de la membrana celular. A medida que la respiración celular consume el O2 que va entrando, la difusión dentro de la célula continuará porque el gradiente de concentración favorece el movimiento en esa dirección. Lo mismo ocurre, pero en sentido contrario, con el dióxido de carbono. A continuación se puede observar el proceso en la siguiente animación.
