Osmoza este un fenomen comun în natură. De exemplu, dacă un castravete este pus în apă sărată, acesta va pierde apă și se va micșora. Procesul prin care moleculele de apă din castraveți intră în soluția de apă sărată este osmoza. Dacă un bazin de apă este împărțit în două părți de o membrană prin care doar moleculele de apă pot trece și apă pură și apă sărată sunt turnate în fiecare parte a membranei la aceeași înălțime, după o perioadă de timp, nivelul apei pure va scădea, în timp ce nivelul apei sărate va crește. Acest fenomen al moleculelor de apă care migrează prin membrană în apa sărată se numește osmoză. Creșterea nivelului apei sărate nu este nesfârșită; va atinge un punct de echilibru la o anumita inaltime. Presiunea reprezentată de diferența de niveluri de lichid de-a lungul membranei în acest punct se numește presiune osmotică. Mărimea presiunii osmotice este direct legată de concentrația apei sărate.
După ce dispozitivul de mai sus ajunge la echilibru, dacă se aplică o anumită presiune pe suprafața părții cu apă sărată, moleculele de apă vor migra din partea cu apă sărată în partea cu apă pură. Acest fenomen al moleculelor lichide care migrează dintr-o soluție diluată într-o soluție concentrată sub presiune se numește osmoză inversă. Dacă se adaugă saramură la un capăt al dispozitivului-menționat mai sus și în acel capăt se aplică o presiune care depășește presiunea osmotică a saramură, putem obține apă pură la celălalt capăt. Acesta este principiul epurării apei prin osmoză inversă. Există doi factori cheie în sistemele de osmoză inversă care produc apă pură: o membrană selectivă, numită membrană semi-permeabilă și o anumită presiune.
Mai simplu spus, membrana semi-permeabilă cu osmoză inversă are numeroși pori, a căror dimensiune este comparabilă cu dimensiunea moleculelor de apă. Deoarece bacteriile, virusurile, majoritatea poluanților organici și ionii hidratați sunt mult mai mari decât moleculele de apă, nu pot trece prin membrana semi-permeabilă a osmozei inverse și sunt separate de apa care trece prin aceasta. Dintre numeroasele impurități din apă, sărurile dizolvate sunt cele mai greu de îndepărtat. Prin urmare, efectul de purificare a apei al osmozei inverse este adesea determinat de rata de desalinizare. Rata de desalinizare a osmozei inverse depinde în principal de selectivitatea membranei semi-permeabile de osmoză inversă. Elementele membranei cu osmoză inversă cu selectivitate ridicată pot atinge o rată de desalinizare de până la 99,7%.
