大きく分けて、以下のような違いがあります。
・請求できる時期
特許異議申立は、特許掲載公報発行の日から６月以内に限られるのに対し、特許無効審判は、特許後であればいつでもよく、特許権存続中はもちろんのこと、特許権消滅後も請求することができます。
・請求できる人
異議申立は、誰でも行うことができるのに対し、無効審判の請求は、利害関係人に限られます。利害関係人とは、例えば、実際に特許権侵害で訴えられている者、類似の特許を有する者、特許発明と同種の製品を製造する者です。
・審理の行われ方
異議申立は、基本的には特許庁と特許権者との間で審理が進められるので、異議申立を行った人が審理に参加する場面はほとんどありません。また、審理は書面で行われます。これに対して無効審判は、通常の民事訴訟のように、請求人と特許権者の両者が審理に参加する当事者対立構造をとります。また、書面での手続に加えて、原則として口頭で審理が行われます。
なお、権利の帰属に関する理由（冒認出願や共同出願違反）については、当事者間の争いを解決するという観点から、当事者対立構造をとる無効審判を請求する理由とはなりますが、異議を申し立てる理由にはなりません。