diuretyki osmotyczne działają głównie w kanaliku proksymalnym i kończynie zstępującej pętli Henle ' a. Miejsca te są swobodnie przepuszczalne dla wody. Poprzez działanie osmotyczne przeciwstawiają się również działaniu ADH w zbiorniku kanalikowym. Obecność nierozpuszczalnej substancji rozpuszczalnej, takiej jak mannitol, zapobiega normalnemu wchłanianiu wody poprzez oddziaływanie wyrównawczej siły osmotycznej. W rezultacie zwiększa się objętość moczu.,
wzrost szybkości przepływu moczu skraca czas kontaktu płynu z nabłonkiem kanalikowym, zmniejszając w ten sposób wchłanianie sodu i wody. Powstająca natriureza ma mniejszą wielkość niż diureza wodna, co ostatecznie prowadzi do nadmiernej utraty wody i hipernatremii.
każdy czynnik osmotycznie aktywny, który jest filtrowany przez kłębuszek, ale nie wchłania się ponownie, powoduje zatrzymanie wody w tych segmentach i sprzyja diurezie wodnej. Takie środki mogą być stosowane w celu zmniejszenia ciśnienia wewnątrzczaszkowego i promowania szybkiego usuwania toksyn nerkowych., Prototypowym środkiem moczopędnym osmotycznym jest mannitol.
Mannitol obniża ciśnienie wewnątrzczaszkowe poprzez dwa efekty w mózgu.Pierwszy, efekt reologiczny, zmniejsza lepkość krwi i wspomaga ekspansję osocza i dostarczanie tlenu do mózgu. W odpowiedzi dochodzi do skurczu naczyń mózgowych z powodu autoregulacji, a objętość krwi mózgowej jest zmniejszona. Drugi efekt występuje poprzez stworzenie gradientu osmotycznego przez barierę krew-mózg, prowadząc do ruchu wody z miąższu do przestrzeni wewnątrznaczyniowej. Zmniejsza się objętość tkanki mózgowej, a tym samym obniża się ICP.,