Substancja, stan i obecność błony to główne różnice między dyfuzją a osmozą. Dyfuzja polega na przemieszczaniu się cząstek z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niższym stężeniu. Osmoza jest rodzajem dyfuzji, ale obejmuje jedynie ruch wody przez półprzepuszczalną membranę z obszaru o niskim stężeniu substancji rozpuszczonej do obszaru o wysokim stężeniu substancji rozpuszczonej.
Dyfuzja i osmoza to obie formy transportu pasywnego, w których system nie wymaga energii do przeprowadzenia procesu. W dyfuzji proces ten może zachodzić z zasadniczo każdą substancją w dowolnym stanie, w tym ciałami stałymi, cieczami i gazami. Na przykład hel uwolniony z balonu może dyfundować przez powietrze, podczas gdy kropla barwnika w wodzie będzie stopniowo dyfundować w całym pojemniku. Ciała stałe mogą ulegać dyfuzji, jak w przypadku rozpuszczania i dyfuzji chlorku sodu w wodzie. Eksperymenty wykazały również, że ciała stałe mogą dyfundować do innych ciał stałych, ale nie jest to łatwe do zaobserwowania, ponieważ szybkości dyfuzji są znacznie wolniejsze niż w przypadku cieczy i gazów.
Osmoza opisuje jedynie ruch wody. W szczególności obejmuje dyfuzję wody przez półprzepuszczalną błonę, taką jak błona komórkowa. Osmoza wymaga również, aby woda była w stanie ciekłym, a nie stałym lodem lub gazową parą wodną.
W procesie osmozy woda jest traktowana jako cząsteczka rozpuszczalnika, a wszystkie inne substancje jako substancje rozpuszczone. Woda przemieszcza się z regionu zawierającego niewielkie ilości substancji rozpuszczonej przez membranę do obszaru o większej ilości substancji rozpuszczonej. Ogólnie rzecz biorąc, substancje rozpuszczone są oddzielone membraną, która pozostaje przepuszczalna dla wody, ale nieprzepuszczalna dla substancji rozpuszczonych, co oznacza, że nie mogą przez nią przejść. Dyfuzja i osmoza różnią się w ten sposób, ponieważ dyfuzja opisuje ruch substancji rozpuszczonych przez rozpuszczalnik, podczas gdy osmoza opisuje ruch samego rozpuszczalnika.
Kolejna różnica między dyfuzją a osmozą polega na tym, że osmoza musi zachodzić na membranie, podczas gdy dyfuzja może zachodzić w dowolnym miejscu w przestrzeni o dowolnej wielkości. Osmoza również często występuje wolniej niż dyfuzja, ponieważ dyfuzja obejmuje ruch gazów, który jest znacznie szybszy niż ruch cieczy. Dyfuzja obserwuje również ruch cząstek w dowolnym kierunku, podczas gdy osmoza skupia się tylko na ruchu wody w jednym kierunku przez membranę.