Die kontraktile Vakuole ist ein spezialisierter Typ von Vakuole, der die Wassermenge innerhalb einer Zelle reguliert. In Süßwasserumgebungen ist die Konzentration der gelösten Stoffe hypoton, d.h. außerhalb der Zelle ist sie geringer als innerhalb. Unter diesen Bedingungen bewirkt die Osmose, dass sich Wasser aus der äußeren Umgebung in der Zelle anreichert. Die kontraktile Vakuole wirkt als Teil eines Schutzmechanismus, der verhindert, dass die Zelle zu viel Wasser aufnimmt und möglicherweise durch zu hohen Innendruck lysiert (zerreißt).
Die kontraktile Vakuole verdrängt, wie der Name schon sagt, durch Kontraktion Wasser aus der Zelle. Das Wachstum (Wasseransammlung) und die Kontraktion (Wasserausstoß) der kontraktilen Vakuole erfolgen periodisch. Ein Zyklus dauert mehrere Sekunden, abhängig von der Spezies und der Osmolarität der Umgebung. Die Phase, in der Wasser in das CV fließt, wird Diastole genannt. Das Zusammenziehen der kontraktilen Vakuole und der Ausstoß von Wasser aus der Zelle wird als Systole bezeichnet.
Wasser fließt immer zuerst von außerhalb der Zelle in das Zytoplasma und wird erst dann aus dem Zytoplasma in die kontraktile Vakuole zum Ausstoß bewegt. Spezies, die eine kontraktile Vakuole besitzen, nutzen die Organelle typischerweise immer, selbst bei sehr hypertonischer (hohe Konzentration an gelösten Stoffen) Umgebung, da die Zelle dazu neigt, ihr Zytoplasma so anzupassen, dass es noch hyperosmotischer wird als die Umgebung. Die aus der Zelle ausgestoßene Wassermenge und die Kontraktionsrate stehen in Beziehung zur Osmolarität der Umgebung. In hyperosmotischen Umgebungen wird weniger Wasser ausgestoßen und der Kontraktionszyklus dauert länger.
Die am besten erforschten kontraktilen Vakuolen gehören zu den Protisten Paramecium, Amoeba, Dictyostelium und Trypanosoma, und in geringerem Maße zur Grünalge Chlamydomonas. Nicht alle Arten, die eine kontraktile Vakuole besitzen, sind Süßwasserorganismen; einige Meeres- und Bodenmikroorganismen sowie Parasiten haben ebenfalls eine kontraktile Vakuole. Die kontraktile Vakuole ist vorherrschend bei Arten, die keine Zellwand haben, aber es gibt Ausnahmen (insbesondere Chlamydomonas), die eine Zellwand besitzen. Im Laufe der Evolution ist die kontraktile Vakuole typischerweise in mehrzelligen Organismen verloren gegangen, aber sie existiert noch im einzelligen Stadium einiger mehrzelliger Pilze sowie in mehreren Zelltypen von Schwämmen (Amöbozyten, Pinazozyten und Choanozyten).
Die Anzahl der kontraktilen Vakuolen pro Zelle variiert je nach Art. Amöben haben eine, Dictyostelium discoideum, Paramecium aurelia und Chlamydomonas reinhardtii haben zwei, und Riesenamöben, wie Chaos carolinensis, haben viele. Die Anzahl der kontraktilen Vakuolen ist bei jeder Art meist konstant und wird daher in der Systematik zur Artcharakterisierung verwendet. An die kontraktile Vakuole sind in den meisten Zellen mehrere Strukturen angehängt, wie z. B. Membranfalten, Tubuli, Wassertrakte und kleine Bläschen. Diese Strukturen werden als Spongiom bezeichnet; die kontraktile Vakuole zusammen mit dem Spongiom wird manchmal als „kontraktiler Vakuolenkomplex“ (CVC) bezeichnet. Das Spongiom hat mehrere Funktionen beim Wassertransport in die kontraktile Vakuole und bei der Lokalisation und dem Andocken der kontraktilen Vakuole innerhalb der Zelle.
Paramecium und Amoeba besitzen große kontraktile Vakuolen (durchschnittlicher Durchmesser von 13 bzw. 45 µm), die relativ einfach zu isolieren, zu manipulieren und zu untersuchen sind. Die kleinsten bekannten kontraktilen Vakuolen gehören zu Chlamydomonas, mit einem Durchmesser von 1,5 µm. Bei Paramecium, das eine der komplexesten kontraktilen Vakuolen besitzt, ist die Vakuole von mehreren Kanälen umgeben, die durch Osmose Wasser aus dem Zytoplasma aufnehmen. Nachdem sich die Kanäle mit Wasser gefüllt haben, wird das Wasser in die Vakuole gepumpt. Wenn die Vakuole voll ist, stößt sie das Wasser durch eine Pore im Zytoplasma aus, die geöffnet und geschlossen werden kann. Andere Protisten, wie z. B. Amoeba, haben CVs, die sich an die Zelloberfläche bewegen, wenn sie voll sind, und eine Exozytose durchführen. Bei Amöben sammeln kontraktile Vakuolen Ausscheidungsstoffe, wie z. B. Ammoniak, aus der intrazellulären Flüssigkeit sowohl durch Diffusion als auch durch aktiven Transport.