Membraani aine, olek ja olemasolu on peamised erinevused difusiooni ja osmoosi vahel. Difusioon hõlmab osakeste liikumist kõrge kontsentratsiooniga piirkonnast madalama kontsentratsiooniga piirkonda. Osmoos on teatud tüüpi difusioon, kuid see hõlmab ainult vee liikumist läbi poolläbilaskva membraani madala lahustunud aine kontsentratsiooniga piirkonnast kõrge lahustunud aine kontsentratsiooniga piirkonda.
Difusioon ja osmoos on mõlemad passiivse transpordi vormid, mille puhul süsteem ei vaja protsessi läbiviimiseks energiat. Difusioonis võib see protsess toimuda sisuliselt mis tahes ainega mis tahes olekus, sealhulgas tahked ained, vedelikud ja gaasid. Näiteks võib õhupallist eralduv heelium difundeeruda läbi õhu, samas kui tilk värvainet vees hajub järk-järgult kogu mahutisse. Tahked ained võivad kogeda difusiooni, nagu naatriumkloriidi vees lahustumisel ja hajumisel. Katsed on samuti leidnud, et tahked ained võivad difundeeruda teistesse tahketesse ainetesse, kuid seda ei ole lihtne jälgida, kuna difusioonikiirused on palju aeglasemad kui vedelike ja gaaside omad.
Osmoos kirjeldab ainult vee liikumist. See hõlmab konkreetselt vee difusiooni läbi poolläbilaskva membraani, näiteks rakumembraani. Osmoos nõuab ka seda, et vesi oleks pigem vedelas olekus kui tahke jää või gaasiline veeaur.
Osmoosiprotsessi käigus käsitletakse vett lahusti molekulina ja kõiki teisi aineid lahustunud ainetena. Vesi liigub väikeses koguses lahustunud ainet sisaldavast piirkonnast läbi membraani piirkonda, kus lahustunud aine kogus on suurem. Üldiselt eraldab lahustunud ained membraaniga, mis jääb vett läbilaskvaks, kuid lahustunud ainetele mitteläbilaskvaks, mis tähendab, et nad ei saa seda läbida. Difusioon ja osmoos erinevad selle poolest, kuna difusioon kirjeldab lahustunud ainete liikumist läbi lahusti, osmoos aga lahusti enda liikumist.
Teine erinevus difusiooni ja osmoosi vahel hõlmab asjaolu, et osmoos peab toimuma üle membraani, samas kui difusioon võib toimuda kõikjal mis tahes suurusega ruumis. Osmoos toimub sageli ka aeglasemalt kui keskmine difusioon, kuna difusioon hõlmab gaasi liikumist, mis on palju kiirem kui vedeliku liikumine. Difusioon jälgib ka osakeste liikumist mis tahes suunas, samas kui osmoos keskendub ainult vee liikumisele ühes suunas üle membraani.