Kemiosmosis merupakan suatu mekanisme pengkopelan energi dengan menggunakan energi yang tersimpan dalam bentuk gradien H+ untuk menggerakkan kerja seluler. Pada mitokondria, energi untuk pembentukan gradien berasal dari reaksi redoks eksergonik dan sintesis ATP merupakan kerja yang dilakukan. Tetapi kemiosmosis juga terjadi di tempat lain, dan beraneka ragam.
Sebelumnya, Rosenberg mendefinisikan sebuah proses yang menyebabkan perpindahan suatu substansi dari sebuah area yang mempunyai energi potensial elektrokimiawi lebih rendah menuju ke tempat dengan energi potensial yang lebih tinggi, sebagai transpor aktif. Perpindahan bak menentang arus gradien potensial elektrokimiawi ini, memerlukan asupan energi dan mekanisme kopling agar asupan energi tersebut dapat menggerakkan perpindahan substansi.
Oleh karena definisi Rosenberg dianggap memiliki beberapa titik kelemahan, Peter Dennis Mitchell membuat definisi ulang yang disebut facilitated diffusion, yaitu perpindahan substansi secara sekunder yang tidak terkait langsung dengan reaksi kimiawi maupun metabolis, antara dua titik yang dipisahkan oleh halangan osmotik yang memiliki simpor atau kotranspor pada halangan tersebut. Reaksi pada simpor tersebut berusaha mencapai titik ekuilibrium, sehingga arah perindahan dari satu substansi pada simpor akan menyebabkan substansi lain bergerak ke arah yang sama, walaupun hal tersebut berarti bergerak melawan arus energi potensial elektrokimiawi.
Kloroplas menggunakan kemiosmosis untuk menghasilkan ATP selama fotosintesis dalam organel ini, cahaya (dan bukannya energi kimiawi) menggerakkan aliran elektron menuruni rantai transpor elektron dan pembentukan gradien H+. Prokariot yang tidak memiliki mitkondria dan kloroplas menghasilkan fradien H+ melintasi membran plasmanya. Gradien ini kemudian menangkap gaya gerak proton tidak saja untuk membuat ATP tetapi juga memompakan nutrien dan produk limbah menlintasi membran dan untuk memutar flagela.