Membrānas viela, stāvoklis un klātbūtne ir galvenās atšķirības starp difūziju un osmozi. Difūzija ietver daļiņu pārvietošanos no augstas koncentrācijas zonas uz zemākas koncentrācijas apgabalu. Osmoze ir difūzijas veids, bet ietver tikai ūdens pārvietošanos pa puscaurlaidīgu membrānu no zonas, kurā ir zema izšķīdušās vielas koncentrācija, uz zonu, kurā ir augsta izšķīdušās vielas koncentrācija.
Gan difūzija, gan osmoze ir pasīvā transporta veidi, kuros sistēmai procesa veikšanai nav nepieciešama enerģija. Difūzijā šis process var notikt būtībā ar jebkuru vielu jebkurā stāvoklī, ieskaitot cietās vielas, šķidrumus un gāzes. Piemēram, no balona izdalītais hēlijs var izkliedēties pa gaisu, savukārt krāsvielas piliens ūdenī pakāpeniski izkliedēsies pa visu konteineru. Cietām vielām var rasties difūzija, piemēram, nātrija hlorīda šķīdināšanas un difūzijas gadījumā ūdenī. Eksperimenti arī atklāja, ka cietās vielas var difundēt citās cietās vielās, taču to nav viegli novērot, jo difūzijas ātrums ir daudz lēnāks nekā šķidrumiem un gāzēm.
Osmoze raksturo tikai ūdens kustību. Tas īpaši ietver ūdens difūziju caur puscaurlaidīgu membrānu, piemēram, šūnu membrānu. Osmozei arī nepieciešams, lai ūdens būtu šķidrā stāvoklī, nevis cietā ledus vai gāzveida ūdens tvaikā.
Osmozes procesā ūdens tiek apstrādāts kā šķīdinātāja molekula, bet visas pārējās vielas tiek apstrādātas kā izšķīdušās vielas. Ūdens pārvietojas no apgabala, kurā ir mazs izšķīdušās vielas daudzums, cauri membrānai uz zonu, kurā ir lielāks izšķīdušās vielas daudzums. Parasti izšķīdušās vielas atdala membrāna, kas paliek ūdens caurlaidīga, bet necaurlaidīga izšķīdušās vielas, kas nozīmē, ka tās nevar šķērsot to. Difūzija un osmoze šādā veidā atšķiras, jo difūzija raksturo izšķīdušo vielu kustību caur šķīdinātāju, bet osmoze apraksta paša šķīdinātāja kustību.
Vēl viena atšķirība starp difūziju un osmozi ietver faktu, ka osmozei jānotiek virs membrānas, savukārt difūzija var notikt jebkur jebkura izmēra telpā. Osmoze bieži notiek arī lēnāk nekā vidēji difūzija, jo difūzija ietver gāzu kustību, kas ir daudz ātrāka nekā šķidruma kustība. Difūzija arī novēro daļiņu kustību jebkurā virzienā, savukārt osmoze koncentrējas tikai uz ūdens kustību vienā virzienā pāri membrānai.