El procés d'osmosi inversa utilitza una membrana semi permeable per separar l'aigua dels contaminants. La membrana semipermeable permet el pas de l'aigua, però nocions (per exemple, Na+, Ca2+, Cl-) o molècules més grans (per exemple, glucosa, urea, bacteris). La difusió i l'osmosi són termodinàmicament favorables i continuaran fins que s'assoleixi l'equilibri. L'osmosi es pot alentir, aturar, o fins i tot invertir si s'aplica pressió suficient a la membrana des del costat 'concentrat' de la membrana.
L'osmosi inversa es produeix quan l'aigua es mou a través de la membranacontra el degradat de concentració, de menor concentració a major concentració. Per il·lustrar-ho, imagineu una membrana semipermeable amb aigua dolça en un costat i una solució aquosa concentrada a l'altre costat. Si es porta a terme l'osmosi normal, l'aigua dolça creuarà la membrana per diluir la solució concentrada. En l'osmosi inversa, la pressió s'exerceix al costat amb la solució concentrada per forçar les molècules d'aigua a través de la membrana al costat de l'aigua dolça.
Hi ha diferents mides de porus de les membranes utilitzades per a l'osmosi inversa. Mentre que una petita mida de porus fa un millor treball de filtració, es necessita més temps per moure l'aigua. És com intentar abocar aigua a través d'un colador (forats grans o porus) en comparació amb tractar d'abocar a través d'una tovallola de paper (forats més petits). No obstant això, l'osmosi inversa és diferent de la filtració simple de membrana perquè implica difusió i es veu afectada pel cabal i la pressió.
