Termodinamica del trasporto attraverso le membrane

La diffusione di una sostanza tra i due lati di una membrana
A (fuori) <--> A (dentro)
ricorda termodinamicamente il raggiungimento di un equilibrio chimico. Una differenza nella concentrazione di una sostanza ai due lati di una membrana genere una differenza di potenziale chimico:          
 ΔGA = GA (dentro) – GA (fuori) = RT ln ([A]dentro/[A]fuori)
Di conseguenza, se la concentrazione di A al di fuori della membrana è maggiore di quella in contatto con la parte interna, ΔGA  per il trasferimento di A dall'esterno all'interno sarà negativo e il flusso netto in quella direzione sarà spontaneo. Se invece la concentrazione di A è maggiore all'interno rispetto a quella presente all'esterno, ΔGA risulterà positivo e un flusso netto nella direzione esterno-interno potrà avvenire solo se viene accoppiato ad esso un altro processo esoergonico, come l'idrolisi dell'ATP, che rende la variazione complessiva di energia di valore negativo. Se A è una forma ionica, però, l'equazione precedente deve essere modificata per comprendere anche il lavoro elettrico per trasferire una mole di A attraverso la membrana all'esterno verso l'interno:                    
ΔGA = RT ln ([A]dentro/[A]fuori) + ZAFΔψ
dove ZA è la carica ionica di A; F, la costante di Faraday, è la carica di una mole di elettroni e GA è il potenziale elettrochimico in A.