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Una membrana semipermeable, también llamada membrana selectivamente permeable, membrana parcialmente permeable o membrana permeable diferenciable, es una membrana que permitirá que ciertas moléculas pasen a través de ella por difusión.
Dependiendo de la membrana y del soluto, la permeabilidad puede depender del tamaño del soluto, de características de la solubilidad o de la química.

Un ejemplo de una membrana semipermeable es una bicapa lipídica, en la cual se basa la membrana plasmática que rodea todas las células.

Muchos materiales naturales y sintéticos más gruesos que una membrana también son semipermeables. Un ejemplo de esto es la fina película en el interior de un huevo.

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En la difusión simple las moléculas atraviesan la membrana dirigiéndose al sitio donde existe menor concentración, esto es gracias a que son de tamaño pequeño y además tienen la misma propiedad de la membrana, es decir, son apolares, no les gusta el agua. Por ejemplo, el oxígeno tiene un paso constante a través de la membrana, sería sumamente peligroso que no pudiera hacerlo fácilmente, ya que para todas las funciones celulares se requiere el uso de este elemento químico.
El proceso de difusión simple se encuentra descrito por las Leyes de Fick, las cuales relacionan la densidad del flujo de las moléculas con la diferencia de concentración entre los dos medios separados por la membrana, el coeficiente de difusión de las mismas y la permeabilidad de la membrana.

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La naturaleza de las membranas biológicas, especialmente la de sus lípidos, es anfipática, lo que se traduce en que forman una bicapa que alberga una parte interna hidrofóbica y una externa hidrofílica, permite que surja una posibilidad de transporte, la difusión simple o difusión pasiva, que consiste en la difusión de sustancias a su través sin gasto de energía metabólica y sin ayuda de proteínas transportadoras. En el caso de que la sustancia a transportar posea una carga neta, difundirá no sólo en respuesta a un gradiente de concentración, sino también al potencial de membrana, esto es, al gradiente electroquímico.

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Si el intercambio de sustancias se realiza a favor del gradiente, esto es, en el sentido de los potenciales decrecientes, el requerimiento de energía externo al sistema es nulo; si, en cambio, el transporte se hace en contra del gradiente, se requiere el aporte de energía, energía metabólica en nuestro caso.​

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El transporte de membrana es el conjunto de mecanismos que regulan el paso de solutos, como iones y pequeñas moléculas, a través de membranas plasmáticas esto es, bicapas lipídicas que poseen proteínas embebidas en ellas.

Dicha propiedad se debe a la selectividad de membrana, una característica de las membranas celulares que las faculta como agentes de separación específica de sustancias de distinta índole química; es decir, la posibilidad de permitir la permeabilidad de ciertas sustancias, pero no de otras.

Los sistemas de transporte de membrana desempeñan papeles esenciales en el metabolismo celular y en actividades tales como la adquisición de nutrientes orgánicos, mantenimiento de la homeostasis iónica, extrusión de compuestos tóxicos y de desecho, detección ambiental, comunicación y otras funciones celulares.

Los movimientos de casi todos los solutos a través de la membrana están mediados por proteínas transportadoras de membrana, más o menos especializadas en el transporte de moléculas concretas.

Puesto que la diversidad y fisiología de las distintas células de un organismo está relacionada en buena medida con su capacidad de captar unos u otros elementos externos, se postula que debe existir un acervo de proteínas transportadoras específico para cada tipo celular y para cada momento fisiológico determinado.

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La selectividad es un atributo de la membrana, que es conferido por algunas proteínas específicas, las cuales forman parte de su estructura. A dichas proteínas se les llama acarreadores o transportadores y como su nombre lo dice, tienen la función de llevar solutos de un lado a otro de la membrana. De esta forma, pueden entrar a la célula aquellas partículas que necesite la misma y se evita que ingresen las que no le sean útiles. De la misma manera, la célula puede eliminar las partículas que ha producido como desecho. Así se regula la entrada y salida de sustancias a través de la membrana y se logra el correcto funcionamiento de la célula.
Para que una partícula pueda atravesar la membrana plasmática debe tener un tamaño igual o menor a los poros de la membrana, debe tener la carga opuesta a la carga de la membrana o simplemente tener carga neutra, y si es más grande que los poros deben ser disuelta en una solución, disminuyendo su tamaño y así podrá entrar en la célula por medio de la membrana.

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Los canales iónicos definen un diámetro interno que permite el paso de pequeños iones de forma más o menos específica.

Existen dos características ajenas al tamaño que son importantes en la determinación de la selectividad de los poros de la membrana:

·      La facilidad de deshidratación

·      La interacción con las cargas del interior del poro.

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Los no electrolitos, sustancias que generalmente son hidrofóbicas y lipofílicas, suelen atravesar la membrana por disolución en la bicapa lipídica y, por tanto, mediante difusión simple. La facilidad para difundir en este caso es dependiente del coeficiente de partición K, por lo general, si bien existen algunos no electrolitos que atraviesan la membrana por transporte mediado por un transportador.

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La difusión facilitada también se denomina difusión mediada por un transportador porque una sustancia que se transporta de esta manera difunde a través de la membrana utilizando una proteína transportadora específica para contribuir al transporte. Es decir, el transportador facilita la difusión de la sustancia hasta el otro lado.

La difusión facilitada permite el pasaje de sustancias a través de la membrana mediante los siguientes mecanismos:

Proteínas formadoras de canal: Proteínas que presentan una estructura que constituyen poros permitiendo el paso de iones, como Na+, K+, Ca+2, etc. El ion no interactúa directamente con la proteína canal.

Proteínas transportadoras o carrier: Proteínas que se unen a la molécula a transportar y pasan por cambios conformacionales que permiten el transporte del soluto. Este transporte sirve para sustancias insolubles en lípidos, polares y grandes, como aminoácidos y monosacáridos como la glucosa. Este tipo de transporte es específico para la sustancia que transporta, y, además, es un mecanismo saturable.

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El transporte activo utiliza energía de las células para moverlas contra un gradiente, repulsión polar o algún otro tipo de resistencia.
El transporte activo
Se encuentra normalmente asociado con la acumulación de altas concentraciones de moléculas que la célula necesita, tales como iones, glucosa o aminoácidos.

Transporte activo primario

El transporte activo primario, también llamado transporte activo directo, utiliza energía metabólica en forma directa para transportar moléculas a través de la membrana.
Un ejemplo de transporte activo primario que hace uso de la energía de la luz son las proteínas involucradas en la fotosíntesis las cuales utilizan la energía de los fotones para crear un gradiente de protones a través de la membrana tilacoide y poder reductor en la forma de NADPH.

Transporte activo secundario
Se utiliza energía para transportar moléculas a través de una membrana y almacena la energía, sin embargo, en contraste con el transporte activo no existe un acoplamiento directo con el proceso generador de energía, ya sea la hidrólisis de ATP una reacción redox o una reacción impulsada por luz.