การออสโมซิสเป็นปรากฏการณ์ทั่วไปในธรรมชาติ เช่น ถ้าใส่แตงกวาในน้ำเกลือ แตงกวาจะสูญเสียน้ำและหดตัว กระบวนการออสโมซิสของโมเลกุลน้ำจากแตงกวาเข้าสู่สารละลายน้ำเกลือ หากแอ่งน้ำถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนด้วยเมมเบรนที่มีเพียงโมเลกุลของน้ำเท่านั้นที่สามารถผ่านได้ และน้ำบริสุทธิ์และน้ำเกลือถูกเทลงในแต่ละด้านของเมมเบรนให้มีความสูงเท่ากัน หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง ระดับของน้ำบริสุทธิ์จะลดลง ในขณะที่ระดับของน้ำเกลือจะเพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์ที่โมเลกุลของน้ำเคลื่อนผ่านเมมเบรนไปสู่น้ำเกลือนี้เรียกว่าออสโมซิส ระดับน้ำเค็มที่เพิ่มขึ้นนั้นไม่มีที่สิ้นสุด มันจะถึงจุดสมดุลที่ความสูงระดับหนึ่ง ความดันที่แสดงโดยความแตกต่างของระดับของเหลวทั่วเมมเบรน ณ จุดนี้เรียกว่าแรงดันออสโมติก ขนาดของแรงดันออสโมติกเกี่ยวข้องโดยตรงกับความเข้มข้นของน้ำเกลือ
หลังจากที่อุปกรณ์ข้างต้นถึงจุดสมดุล หากใช้แรงดันหนึ่งกับพื้นผิวด้านน้ำเกลือ โมเลกุลของน้ำจะย้ายจากด้านน้ำเกลือไปยังด้านน้ำบริสุทธิ์ ปรากฏการณ์ของโมเลกุลของเหลวที่ย้ายจากสารละลายเจือจางไปเป็นสารละลายเข้มข้นภายใต้ความดันนี้เรียกว่ารีเวิร์สออสโมซิส หากเติมน้ำเกลือลงในปลายด้านหนึ่งของ-อุปกรณ์ที่กล่าวมาข้างต้น และใช้แรงดันที่เกินแรงดันออสโมติกของน้ำเกลือที่ปลายด้านนั้น เราก็จะได้น้ำบริสุทธิ์จากปลายอีกด้านหนึ่ง นี่คือหลักการของการทำน้ำให้บริสุทธิ์แบบรีเวิร์สออสโมซิส มีปัจจัยสำคัญสองประการในระบบรีเวิร์สออสโมซิสที่ผลิตน้ำบริสุทธิ์: เมมเบรนแบบคัดเลือกที่เรียกว่าเมมเบรนแบบกึ่ง-ที่ซึมเข้าไปได้ และแรงดันที่แน่นอน
พูดง่ายๆ ก็คือ เมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ออสโมซิสรีเวิร์ส-มีรูพรุนจำนวนมาก ซึ่งมีขนาดพอๆ กับขนาดโมเลกุลของน้ำ เนื่องจากแบคทีเรีย ไวรัส สารมลพิษอินทรีย์ส่วนใหญ่ และไอออนไฮเดรตมีขนาดใหญ่กว่าโมเลกุลของน้ำมาก พวกมันจึงไม่สามารถผ่านเมมเบรนกึ่งรีเวิร์สออสโมซิส-ที่ซึมเข้าไปได้ และถูกแยกออกจากน้ำที่ไหลผ่าน ในบรรดาสิ่งเจือปนในน้ำ เกลือที่ละลายน้ำเป็นสิ่งที่กำจัดออกได้ยากที่สุด ดังนั้นผลการทำน้ำให้บริสุทธิ์ของระบบรีเวิร์สออสโมซิสจึงมักถูกกำหนดโดยอัตราการกรองน้ำทะเล อัตราการแยกเกลือออกจากรีเวิร์สออสโมซิสส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการเลือกของเมมเบรนกึ่งรีเวิร์สออสโมซิส-ที่ซึมผ่านได้ องค์ประกอบเมมเบรนออสโมซิสผันกลับที่มีการคัดเลือกสูง-สามารถบรรลุอัตราการกรองน้ำทะเลได้สูงถึง 99.7%
