Une membrane semi-perméable est une membrane qui laisse passer certaines substances tout en en bloquant d’autres. L'énergie libre de Gibbs d'un système est une mesure de son potentiel thermodynamique et elle est minimisée lorsque le système est en équilibre. Dans le cas d’une membrane semi-perméable, le système atteindra l’équilibre lorsque le potentiel chimique du soluté sera le même des deux côtés de la membrane. En effet, le soluté se déplacera du côté du potentiel chimique le plus élevé vers le côté du potentiel chimique le plus faible, jusqu'à ce que les potentiels chimiques soient égaux. Par conséquent, l’énergie libre minimale de Gibbs est atteinte par une membrane semi-perméable.