Die Substanz, der Zustand und das Vorhandensein einer Membran sind die Hauptunterschiede zwischen Diffusion und Osmose. Diffusion beinhaltet die Bewegung von Partikeln von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedrigerer Konzentration. Osmose ist eine Art der Diffusion, beinhaltet jedoch nur die Bewegung von Wasser durch eine semipermeable Membran von einem Bereich mit einer niedrigen Konzentration an gelösten Stoffen zu einem Bereich mit einer hohen Konzentration an gelösten Stoffen.
Diffusion und Osmose sind beides Formen des passiven Transports, bei denen ein System keine Energie benötigt, um den Prozess durchzuführen. Bei der Diffusion kann dieser Prozess mit praktisch jeder Substanz in jedem Zustand erfolgen, einschließlich Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen. Beispielsweise kann das aus einem Ballon freigesetzte Helium durch die Luft diffundieren, während ein Tropfen Farbstoff in Wasser allmählich durch den Behälter diffundiert. Feststoffe können eine Diffusion erfahren, wie im Fall von Natriumchlorid, das sich in Wasser auflöst und diffundiert. Experimente haben auch ergeben, dass Feststoffe in andere Feststoffe diffundieren können, dies ist jedoch nicht leicht zu beobachten, da die Diffusionsgeschwindigkeiten viel langsamer sind als die von Flüssigkeiten und Gasen.
Osmose beschreibt nur die Bewegung von Wasser. Es beinhaltet insbesondere die Diffusion von Wasser durch eine semipermeable Membran, wie beispielsweise eine Zellmembran. Osmose erfordert auch, dass Wasser in flüssigem Zustand ist und nicht festes Eis oder gasförmiger Wasserdampf.
Während des Osmoseprozesses wird Wasser als Lösungsmittelmolekül behandelt und alle anderen Substanzen werden als gelöste Stoffe behandelt. Das Wasser strömt von einer Region mit geringen Mengen an gelösten Stoffen durch eine Membran in einen Bereich mit höheren Mengen an gelösten Stoffen. Im Allgemeinen werden die gelösten Stoffe durch die Membran getrennt, die für Wasser durchlässig, aber für die gelösten Stoffe undurchlässig bleibt, was bedeutet, dass sie sie nicht passieren können. Diffusion und Osmose unterscheiden sich auf diese Weise, da Diffusion die Bewegung der gelösten Stoffe durch ein Lösungsmittel beschreibt, während Osmose die Bewegung des Lösungsmittels selbst beschreibt.
Ein weiterer Unterschied zwischen Diffusion und Osmose besteht darin, dass die Osmose über der Membran stattfinden muss, während die Diffusion überall in jedem Raum stattfinden kann. Osmose tritt auch häufig mit einer durchschnittlich langsameren Geschwindigkeit auf als die Diffusion, da die Diffusion eine Gasbewegung umfasst, die viel schneller ist als die Flüssigkeitsbewegung. Die Diffusion beobachtet auch die Bewegung von Partikeln in jede Richtung, während sich die Osmose nur auf die Bewegung von Wasser in eine Richtung durch die Membran konzentriert.