Рослинна клітина поглинає воду за законами осмосу. Осмос спостерігається при наявності двох систем з різною концентрацією речовин, коли вони повідомляються за допомогою напівпроникною мембрани. У цьому випадку за законами термодинаміки вирівнювання концентрацій відбувається за рахунок речовини, для якого мембрана проникна.
При розгляді двох систем з різною концентрацією осмотично активних речовин слід, що вирівнювання концентрацій в системі 1 і 2 можливо тільки за рахунок переміщення води. В системі 1 концентрація води вище, тому потік води спрямований від системи 1 до системи 2. Після досягнення рівноваги реальний потік буде дорівнює нулю.
Рослинну клітину можна розглядати як осмотичну систему. Клітинна стінка, навколишнє клітку, володіє певною еластичністю і може розтягуватися. У вакуолі накопичуються розчинні у воді речовини (цукру, органічні кислоти, солі), які володіють осмотической активністю. Тонопласт і плазмалемма виконують в даній системі функцію напівпроникною мембрани, оскільки ці структури вибірково проникні, і вода проходить через них значно легше, ніж речовини, розчинені в клітинному соку і цитоплазмі. У зв'язку з цим, якщо клітина потрапляє в навколишнє середовище, де концентрація осмотично активних речовин буде менше в порівнянні з концентрацією всередині клітини (або клітина поміщена в воду), вода за законами осмосу повинна надходити всередину клітини.
Можливість молекул води переміщатися з одного місця в інше вимірюється водним потенціалом (Ψв). За законами термодинаміки вода завжди рухається з області з більш високим водним потенціалом в область з більш низьким потенціалом.
Водний потенціал (Ψ в) - показник термодинамічної стану води. Молекули води мають кінетичну енергію, в рідини і водяній парі вони безладно рухаються. Водний потенціал більше в тій системі, де вище концентрація молекул і більше їх загальна кінетична енергія. Максимальним водним потенціалом володіє чиста (дистильована) вода. Водний потенціал такої системи умовно прийнятий за нуль.
Одиницею вимірювання водного потенціалу є одиниці тиску: атмосфери, Паскалі, бари:
1 атм = 1,0132 бар; 1000 кПа = 1 МПа
При розчиненні в воді іншої речовини, знижується концентрація води, зменшується кінетична енергія молекул води, знижується водний потенціал. У всіх розчинах водний потенціал нижче, ніж у чистий води, тобто в стандартних умовах він виражається негативною величиною. Кількісно це зниження висловлюють величиною, яка називається осмотичним потенціалом (Ψ осм.). Осмотический потенціал - це міра зниження водного потенціалу за рахунок присутності розчинених речовин. Чим більше в розчині молекул розчиненої речовини, тим осмотический потенціал нижче.
При надходженні води в клітину її розміри збільшуються, всередині клітини підвищується гідростатичний тиск, який змушує плазмалему притискатися до клітинної стінки. Клітинна оболонка, в свою чергу, надає засунений, яке характеризується потенціалом тиску (Ψ тиску.) Або гідростатичним потенціалом, він зазвичай позитивний і тим більше, чим більше води в клітці.
Таким чином, водний потенціал клітини залежить від концентрації осмотично діючих речовин - осмотичного потенціалу (Ψосм.) І від потенціалу тиску (Ψдавл.).
За умови, коли вода не тисне на клітинну оболонку (стан плазмолізу або в'янення), протитиск клітинної оболонки дорівнює нулю, водний потенціал дорівнює осмотическому:
У міру надходження води в клітину з'являється засунений клітинної оболонки, водний потенціал дорівнює різниці між осмотичним потенціалом і потенціалом тиску:
Різниця між осмотичним потенціалом клітинного соку і протитиском клітинної оболонки визначає надходження води в кожен даний момент.
За умови, коли клітинна оболонка розтягується до межі, осмотичний потенціал цілком врівноважується протитиском клітинної оболонки, водний потенціал ставати рівним нулю, вода в клітку перестає надходити:
Вода завжди надходить в сторону більш негативного водного потенціалу: від тієї системи, де енергія більше, до тієї системи, де енергія менше.