A substância, estado e presença de uma membrana são as principais diferenças entre difusão e osmose. A difusão envolve o movimento de partículas de uma área de alta concentração para uma área de menor concentração. A osmose é um tipo de difusão, mas envolve apenas o movimento da água através de uma membrana semipermeável de uma área que contém uma baixa concentração de soluto para uma área que contém uma alta concentração de soluto.
Difusão e osmose são formas de transporte passivo, nas quais um sistema não requer energia para realizar o processo. Na difusão, esse processo pode ocorrer com praticamente qualquer substância em qualquer estado, incluindo sólidos, líquidos e gases. Por exemplo, o hélio liberado por um balão pode se difundir no ar, enquanto uma gota de corante na água se difunde gradualmente em todo o recipiente. Os sólidos podem sofrer difusão, como no caso do cloreto de sódio que se dissolve e se difunde na água. Experimentos também descobriram que os sólidos podem se difundir em outros sólidos, mas isso não é facilmente observado, porque as taxas de difusão são muito mais lentas que as dos líquidos e gases.
Osmose descreve apenas o movimento da água. Envolve especificamente a difusão de água através de uma membrana semipermeável, como uma membrana celular. A osmose também exige que a água esteja em estado líquido, em vez de gelo sólido ou vapor de água gasoso.
Durante o processo de osmose, a água é tratada como uma molécula de solvente e todas as outras substâncias são tratadas como solutos. A água viaja de uma região contendo baixas quantidades de soluto através de uma membrana para uma área com maiores quantidades de soluto. Geralmente, os solutos são separados pela membrana, que permanece permeável à água, mas impermeável aos materiais do soluto, o que significa que eles não podem atravessá-la. Difusão e osmose diferem dessa maneira, pois a difusão descreve o movimento dos solutos através de um solvente, enquanto a osmose descreve o movimento do próprio solvente.
Outra diferença entre difusão e osmose inclui o fato de que a osmose deve ocorrer sobre a membrana enquanto a difusão pode ocorrer em qualquer lugar em qualquer espaço de tamanho. A osmose também ocorre freqüentemente a uma taxa mais lenta que a difusão, em média, uma vez que a difusão inclui movimento gasoso muito mais rápido que o movimento líquido. A difusão também observa o movimento das partículas em qualquer direção, enquanto a osmose se concentra apenas no movimento da água em uma direção através da membrana.