L'osmosi inversa rimuove i contaminanti dall'acqua o dall'acqua di alimentazione, acqua non filtrata, quando la pressione la spinge attraverso una membrana semipermeabile. Per fornire acqua potabile pulita, l'acqua va dal lato più concentrato della membrana RO al lato meno. L'acqua dolce prodotta è chiamata acqua pura permeata. L'acqua concentrata rimasta viene chiamata acque reflue o salamoia.

Una membrana semipermeabile ha piccoli pori che potrebbero bloccare i contaminanti ma consentire alle molecole di fluire. Nell'osmosi, l'acqua diventa più concentrata mentre passa attraverso la membrana per ottenere l'equilibrio su entrambi i lati. L'osmosi inversa impedisce ai contaminanti di entrare nel lato meno concentrato della membrana. Ad esempio, quando viene applicata pressione all’acqua salata durante l’osmosi inversa, il sale viene lasciato indietro e scorre solo acqua pulita.