細胞吸水有三種方式：未形成液泡的細胞，靠吸漲作用吸水；液泡形成以後，細胞主要靠滲透作用吸水；與滲透作用無關的代謝性吸水。在這三種方式中以滲透作用吸水為主。滲透作用是水分進出細胞的基本過程，而且水分移動需要能量做功。根據熱力學原理，系統中物質的總能量可分為束縛能和自由能，束縛能是不能轉化為用於做功的能量，而自由能是在溫度恆定的條件下用於做功的能量。一種物質每摩爾的自由能就是該物質的化學勢，衡量水分反應或轉移能量的高低，用水勢表示。水溶液的化學勢與同溫同壓同一系統中的純水的化學勢之差除以水的偏摩爾體積所得的商，稱為水勢。
純水的自由能最大，水勢也最高。溶液中的溶質顆粒降低了水的自由能，所以溶液中水的自由能要比純水低。將純水的水勢定為零，溶液的水勢就成為負值。溶液越濃，水勢越低。在一個滲透系統中，水移動方向決定於半透膜兩邊溶液的水勢高低。水勢高的溶液中的水，流向水勢低的溶液。水分從水勢高的系統通過半透膜向水勢低的系統移動的現象，稱為滲透作用。植物細胞的細胞壁主要是由纖維素分子組成的，它對水和溶質是全通透的。而細胞膜和液泡膜都是半透膜，實際上可以把包括細胞膜、細胞質和液泡膜在內的原生質層當作一個半透膜來看待。液泡裡的細胞液具有一定的水勢。這樣，細胞液、原生質層和環境中溶液之間，便會發生滲透作用。當環境中溶液的水勢高，而液泡中細胞液的水勢低時，環境中溶液所含的水就會進入細胞中。當 然，細胞吸水不僅僅與水勢有關，還受到其他因素的影響。