Osmoza jest zjawiskiem powszechnym w przyrodzie. Na przykład, jeśli ogórek zostanie umieszczony w słonej wodzie, straci wodę i skurczy się. Proces przedostawania się cząsteczek wody z ogórka do roztworu słonej wody to osmoza. Jeśli kałuża wody zostanie podzielona na dwie części membraną, przez którą mogą przejść tylko cząsteczki wody, a do obu stron membrany wleje się czystą wodę i słoną wodę na tę samą wysokość, po pewnym czasie poziom czystej wody zmniejszy się, podczas gdy poziom słonej wody wzrośnie. Zjawisko migracji cząsteczek wody przez membranę do słonej wody nazywa się osmozą. Wzrost poziomu słonej wody nie ma końca; osiągnie punkt równowagi na określonej wysokości. Ciśnienie reprezentowane przez różnicę poziomów cieczy na membranie w tym punkcie nazywa się ciśnieniem osmotycznym. Wielkość ciśnienia osmotycznego jest bezpośrednio związana ze stężeniem słonej wody.
Gdy powyższe urządzenie osiągnie równowagę, jeśli na powierzchnię strony słonej wody zostanie przyłożone określone ciśnienie, cząsteczki wody będą migrować ze strony słonej wody na stronę czystej wody. Zjawisko migracji cząsteczek cieczy z roztworu rozcieńczonego do roztworu stężonego pod ciśnieniem nazywa się odwróconą osmozą. Jeśli na jeden koniec powyższego-urządzenia dodamy solankę i na ten koniec przyłożymy ciśnienie przekraczające ciśnienie osmotyczne solanki, na drugim końcu możemy otrzymać czystą wodę. Jest to zasada oczyszczania wody metodą odwróconej osmozy. W systemach odwróconej osmozy wytwarzających czystą wodę istnieją dwa kluczowe czynniki: selektywna membrana, zwana membraną pół-przepuszczalną, oraz określone ciśnienie.
Mówiąc najprościej, półprzepuszczalna membrana z odwróconą osmozą ma wiele porów, których wielkość jest porównywalna z wielkością cząsteczek wody. Ponieważ bakterie, wirusy, większość zanieczyszczeń organicznych i uwodnione jony są znacznie większe niż cząsteczki wody, nie mogą przejść przez półprzepuszczalną membranę odwróconej osmozy i są oddzielane od przepływającej wody. Spośród wielu zanieczyszczeń znajdujących się w wodzie najtrudniej jest usunąć rozpuszczone sole. Dlatego też efekt oczyszczania wody metodą odwróconej osmozy często zależy od szybkości odsalania. Szybkość odsalania w procesie odwróconej osmozy zależy głównie od selektywności półprzepuszczalnej membrany odwróconej osmozy. Elementy membrany do odwróconej osmozy o wysokiej-selektywności mogą osiągnąć stopień odsalania aż do 99,7%.
