Canlılık bilimi olarak tanımlanan biyoloji, yeryüzünde var olan tüm canlıların yapılarını, gelişim süreçlerini, birbirleriyle ve çevreleriyle olan ilişkilerini en ince ayrıntısına kadar inceleyen geniş kapsamlı bir bilim dalıdır. Biyoloji temel olarak hayvanlar alemini inceleyen zooloji ve bitkiler alemini inceleyen botanik olmak üzere iki ana gruba ayrılmaktadır. Bu iki büyük bilim dalının kesiştiği ortak alt dallardan en önemlisi ise fizyolojidir.
Fizyoloji sözcüğü, Yunanca 'physis' (yaşam/doğa) ve 'logos' (bilim) kelimelerinin birleşmesinden meydana gelmiştir ve kelime anlamı olarak hayat veya canlılık bilimi demektir. Fizyoloji; hücre, doku, organ, sistem ve organizma düzeyindeki tüm canlılık olaylarını, bu yapıların işleyiş mekanizmalarını ve üstlendikleri görevleri inceler. Bu yönüyle biyokimya, patoloji, farmakoloji ve radyoloji gibi tıp ve veterinerlik alanındaki birçok temel bilim dalı ile doğrudan ve sıkı bir ilişki içerisindedir.
Canlı organizmanın hayatiyetini sürdürebilmesi için gerçekleştirdiği beslenme, hareket, solunum, sindirim ve boşaltım gibi tüm temel fonksiyonlar fizyolojinin ana çalışma konularını oluşturur. Örneğin, canlının hareket edebilmesi için kas ve sinir fizyolojisinin koordineli çalışması gerekir. Benzer şekilde, hücre düzeyinde enerji üretilebilmesi için solunum sistemiyle oksijenin alınması, sindirim sistemiyle besinlerin emilmesi ve oluşan atıkların boşaltım sistemiyle uzaklaştırılması fizyolojik mekanizmalar sayesinde gerçekleşir.
Biyolojinin iki ana kolu olan zooloji ve botanik, canlıların yapısal ve işlevsel özelliklerini incelerken birçok ortak alt daldan yararlanır. Bu alt dalların başında morfoloji gelir. Morfoloji, canlının şekil ve dış yapısına yönelik özelliklerini inceleyen bilim dalıdır. Kendi içinde hücrenin mikroskobik yapısını inceleyen sitoloji, dokuları inceleyen histoloji, makroskobik düzeyde sistem ve organları inceleyen anatomi ve zigottan yeni bir organizma oluşana kadar geçen süreci inceleyen embriyoloji gibi alt disiplinlere ayrılır.
Morfolojinin yanı sıra, kalıtsal karakterlerin nesilden nesile aktarılmasını ve varyasyonları inceleyen genetik; hücredeki genlerin yapısını ve protein sentezi gibi metabolik olayları moleküler düzeyde ele alan moleküler biyoloji; canlıların sınıflandırılmasıyla ilgilenen taksonomi; hastalıkların doku ve organlarda yol açtığı yapısal bozuklukları inceleyen patoloji; mikroorganizmaları inceleyen mikrobiyoloji ve canlıların çevreleriyle olan ilişkilerini araştıran ekoloji de bu ortak alt dallar arasında yer almaktadır.
Zooloji biliminin kendi içerisinde de özelleşmiş alt dalları bulunur. Bunlar arasında tek hücreli canlıları inceleyen protozooloji, böcekleri inceleyen entomoloji, parazitleri inceleyen parazitoloji, balıkları inceleyen ihtiyoloji, sürüngenleri inceleyen herpetoloji ve kanatlıları inceleyen ornitoloji yer alır. Tüm bu dallar, fizyolojik süreçlerin daha iyi anlaşılmasına ve canlının bütünsel olarak değerlendirilmesine katkı sağlar.
Fizyolojik süreçlerin ve hücre içi/dışı sıvı dengelerinin anlaşılabilmesi için temel kimyasal kavramların bilinmesi şarttır. Bir bileşiği meydana getiren atomların ağırlıklarının toplamına molekül ağırlığı denir. Bu ağırlığın gram cinsinden ifadesi ise 1 molü temsil eder. Her bir mol madde ortalama olarak 6x10^23 adet molekül içerir. Milimol ise mol biriminin binde birine denk gelen ve fizyolojide sıklıkla kullanılan daha küçük bir ölçü birimidir.
Çözeltiler, bir maddenin başka bir madde içerisinde homojen olarak dağılmasıyla oluşan karışımlardır. Çözeltide miktarı fazla olan ve çözme işlemini gerçekleştiren kısma çözücü, dağılan kısma ise çözünen denir. Çözücüsü fazla, çözüneni az olan çözeltilere seyreltik; çözüneni fazla olanlara ise derişik çözelti adı verilir. Çözücünün daha fazla madde çözemeyeceği sınıra ulaştığı çözeltiler doymuş çözelti, henüz bu sınıra ulaşmamış olanlar ise doymamış çözelti olarak adlandırılır.
Fizyolojik çalışmalarda hazırlanan çözeltilerin derişimleri büyük önem taşır. Bir maddenin 1 mol gramının saf su ile 1 litreye tamamlanmasıyla molar çözelti; 1 mol gramının doğrudan 1000 ml saf su içine eklenmesiyle molal çözelti elde edilir. Ayrıca, çözeltiler içerdikleri parçacık boyutuna göre de kaba parçacıklı sistemler (süt ve kan gibi), koloit parçacıklı sistemler ve molekül parçacıklı sistemler (gerçek çözeltiler) olmak üzere üç gruba ayrılmaktadır.
Hücrelerin canlılıklarını sürdürebilmeleri, büyüyüp çoğalabilmeleri için hücre dışı ortamdan besin almaları ve atık maddeleri dışarı atmaları gerekir. Bu madde alışverişi hücre zarından farklı yöntemlerle gerçekleştirilir. Enerji harcanmadan gerçekleştirilen taşıma işlemlerine pasif taşıma denir. Pasif taşıma yöntemlerinin başlıcaları filtrasyon, diyaliz, difüzyon ve osmozdur.
Filtrasyon, bir zarın iki tarafındaki hidrostatik basınç farkı nedeniyle sıvı ve çözünmüş maddelerin zardaki porlardan geçmesi olayıdır. Bu olay özellikle böbrek glomerüllerinde kanın süzülmesinde ve kılcal damarlarda madde alışverişinde kritik rol oynar. Diyaliz ise çözünmüş kristaloit maddelerin seçici geçirgen bir zardan difüzyon yoluyla geçerek koloit maddelerden ayrılması işlemidir. Böbrek yetmezliği hastalarında uygulanan hemodiyaliz bu fiziksel prensibe dayanır.
Difüzyon, maddelerin çok yoğun ortamdan az yoğun ortama kendi kinetik enerjilerini kullanarak geçmesi olayıdır. Gazlar ve yağda çözünen maddeler zardan basit difüzyonla geçerken; yağda çözünmeyen glikoz gibi maddeler taşıyıcı proteinler yardımıyla kolaylaştırılmış difüzyonla taşınır. Suyun yarı geçirgen bir zardan çok yoğun çözelti tarafına doğru geçişine ise osmoz denir. Suyun bu geçişini engellemek için gereken basınca osmotik basınç adı verilir.
Maddelerin az yoğun oldukları ortamdan çok yoğun oldukları ortama doğru, yani konsantrasyon gradyanına karşı taşınması işlemine aktif taşıma (etkin taşınım) denir. Bu işlem sırasında maddelerin kendi kinetik enerjileri yeterli olmadığından, hücrede üretilen ATP'nin hidrolizi ile açığa çıkan metabolik enerji kullanılır. Aktif taşımada görev alan taşıyıcı proteinler maddeleri sadece tek yönlü olarak taşırlar.
Organizmada en yaygın aktif taşıma mekanizması Sodyum-Potasyum (Na-K) pompasıdır. Bu pompa, her bir döngüde hücre dışına 3 sodyum iyonu atarken hücre içine 2 potasyum iyonu pompalar ve hücrenin şişmesini önleyerek sinirsel ileti için gerekli elektriksel potansiyeli korur. Benzer şekilde kalsiyum pompası da hücre içi kalsiyum düzeyini düşük tutmak için çalışır. Ayrıca sodyum veya hidrojene bağlı kotransport mekanizmalarıyla şeker ve aminoasitler hücre içine aktif olarak alınır.
Zardan doğrudan geçemeyecek kadar büyük olan makromoleküllerin hücre içine alınması olayına endositoz, hücre dışına atılmasına ise ekzositoz denir. Endositoz; sıvıların alınması olan pinositoz, reseptörler aracılığıyla gerçekleştirilen reseptör aracılı endositoz ve büyük katı partiküllerin yalancı ayaklarla sarılarak yutulması olan fagositoz olmak üzere üç şekilde gerçekleşir. Ekzositoz ise hormon, enzim ve nörotransmitter gibi maddelerin veziküller içinde hücre dışına salgılanmasını sağlar.