La tonicità di una soluzione determina se una cellula guadagna o perde acqua in quella soluzione. La tonicità dipende dalla permeabilità della membrana cellulare per diversi soluti e dalla concentrazione di soluti non penetranti nella soluzione all'interno e all'esterno della cellula. Se una membrana semipermeabile ostacola il passaggio di alcuni soluti ma permette all'acqua di seguire il suo gradiente di concentrazione, l'acqua si sposta dal lato con bassa osmolarità (cioè a minore concentrazioni di soluti) al lato con maggiore osmolarità (cioè, a maggiore concentrazione di soluti). La tonicità del fluido extracellulare determina la grandezza e la direzione dell'osmosi e si traduce in tre possibili condizioni: ipertonicità, ipotonicità e isotonicità.

Soluzioni isotoniche

In biologia, il prefisso "iso" significa uguale o di uguale misura. Quando il fluido extracellulare e intracellulare ha un'uguale concentrazione di soluto non penetrante all'interno e all'esterno, la soluzione è isotonica. Le soluzioni isotoniche non hanno alcun movimento netto di acqua. L'acqua si muoverà dentro e fuori, in proporzioni uguali. Pertanto, non si verifica alcuna modifica nel volume delle celle.

Soluzioni ipotoniche

Il prefisso "hypo" significa inferiore o inferiore. Ogni volta che c'è una bassa concentrazione di solute non penetrante e un'alta concentrazione di acqua esterna rispetto all'interno, l'ambiente è ipotonico. L'acqua si muoverà nella cella, facendola gonfiare. Nelle cellule animali, il gonfiore alla fine fa scoppiare e morire le cellule. L'acqua dolce è un esempio di ambiente ipotonico. Gli organismi d'acqua dolce tendono ad avere una maggiore osmolarità (cioè una maggiore concentrazione di sale) all'interno delle loro cellule rispetto al corpo circostante di acqua come un lago o un fiume.

Soluzioni ipertoniche

Al contrario, il prefisso "iper" significa più oppure meno. Durante l'ipertonicità, il fluido extracellulare contiene più soluto (cioè alta osmolarità) e meno acqua rispetto all'interno di una cellula. Così, l'acqua si muove fuori dalla cellula, portando le cellule animali a ridursi. L'acqua salata è un esempio di fluido extracellulare ipertonico perché ha una maggiore osmolarità (cioè una maggiore concentrazione di sale) in contrasto con la maggior parte dei fluidi intracellulari.

Osmoregolamentazione

Per evitare il restringimento e il gonfiore che si verificano nelle soluzioni ipertoniche e ipotoniche, le cellule animali devono avere strategie per mantenere l'equilibrio osmotico. Il processo con cui si raggiunge l'equilibrio osmotico è chiamato osmoregolazione. Le strategie osmoregolatorie possono essere raggruppate in due categorie: regolazione e conformità. Gli osmoregolatori controllano e mantengono le loro condizioni osmotiche interne indipendentemente dalle condizioni ambientali. Al contrario, gli osmoregolatori utilizzano processi interni attivi e passivi in modo da imitare l'osmolarità del loro ambiente.

Molti animali, compresi gli esseri umani, sono osmoregolatori. Ad esempio, i pesci che vivono in acqua salata, un ambiente ipertonico, sono in grado di regolare l'acqua persa nell'ambiente prendendo in abbondanti quantità di acqua e spesso espellendo il sale. I pesci che vivono in acqua dolce mitigano la costante osmosi dell'acqua nelle loro cellule con la minzione frequente che rilascia acqua fuori dal corpo.

La maggior parte degli invertebrati marini, come aragoste e meduse, sono osmoconformatori. Gli osmoconduttori mantengono una concentrazione interna soluta, o osmolarità, pari a quella dell'ambiente circostante, e quindi prosperano in ambienti senza frequenti fluttuazioni.