電化學梯度是電化學電勢的梯度，通常用于可以跨膜移動的離子。 梯度由兩部分組成，化學梯度或跨膜溶質濃度差異，以及電梯度或跨膜電荷差異。 當滲透膜上的離子濃度不等時，離子將通過簡單擴散穿過膜從較高濃度區域移動到較低濃度區域。 離子還攜帶電荷，從而在膜上形成電勢。 如果跨膜的電荷分布不均，則電位差會產生驅動離子擴散的力，直到膜兩側的電荷達到平衡。

電化學水平對于電池和其他電化學電池、光合作用和細胞呼吸以及某些其他生物過程的運行至關重要。

電化學能是許多可互換形式的勢能之一，通過它可以保存能量。 它出現在電分析化學中，并具有電池和燃料電池等工業應用。 在生物學中，電化學梯度允許細胞控制離子穿過膜的方向。 在線粒體和葉綠體中，質子梯度產生用于合成 ATP 的化學滲透勢，鈉鉀梯度有助于神經突觸快速傳遞信息。

電化學梯度有兩個組成部分：跨膜的電荷濃度差異和跨同一膜的化學物質的差異濃度。 在前一種效應中，集中的電荷會吸引相反符號的電荷； 在后者中，濃縮的物質往往會擴散到膜上以達到均衡濃度。 這兩種現象的結合決定了離子穿過膜的熱力學首選方向。

綜合效應可以量化為熱力學電化學勢的梯度： mu }}_{i}=\nabla \mu _{i}({\vec {r}})+z_{i}\mathrm {F} \nabla \varphi ({\ vec {r}}){\text{,}}} 與

• μi 離子種類 i 的化學勢
• zi 物種 i 的每個離子電荷
• F，法拉第常數（電化學勢以每摩爾為基礎隱式測量）
• φ，局部電勢。

有時，術語電化學勢被濫用來描述由離子濃度梯度產生的電勢； 即φ。 本文將不遵循該約定。

電化學梯度類似于水力發電大壩的水壓。 膜暢通的路線（例如膜轉運蛋白或電極）對應于將水的勢能轉化為其他形式的物理或化學能的渦輪機，而穿過膜的離子對應于進入下游河流的水 . 相反，能量可用于將水泵入大壩上方的湖中，化學能可用于產生電化學梯度。

該術語通常適用于電化學，當電能以施加電壓的形式用于調節化學反應的熱力學有利性時。 在電池中，離子運動產生的電化學勢平衡了電極的反應能量。 電池反應可以產生的xxx電壓有時稱為該反應的標準電化學電位。

通過跨細胞膜的離子運動產生跨膜電勢，驅動神經傳導、肌肉收縮、激素分泌和感覺等生物過程。 按照慣例，生理電壓是相對于細胞外區域測量的； 典型的動物細胞具有 (?70)–(?50) mV 的內部電勢。

電化學梯度對線粒體氧化磷酸化至關重要。 細胞呼吸的最后一步是電子傳遞鏈，由嵌入線粒體內膜的四種復合物組成。 復合物 I、III 和 IV 將質子從基質泵送到膜間空間 (IMS)； 對于每個進入鏈的電子對，十個質子轉移到 IMS 中。 結果是超過 200 mV 的電勢。 由此產生的質子流回到基質中，為 ATP 合酶結合無機磷酸鹽和 ADP 的努力提供動力。

類似于電子傳輸鏈，光合作用的光依賴性反應將質子泵入葉綠體的類囊體腔以驅動 ATP 的合成。