Proces reverzne osmoze koristi polupromjenjivu membranu za odvajanje vode od zagađivača. Polupomišna membrana omogućuje prolaz vode, ali pojmove (npr. na+, Ca2+, Cl-) ili veće molekule (npr. glukoza, urea, bakterije). Difuzija i osmoza su termodinamički povoljne i nastavit će se sve dok se ne postigne ravnoteža. Osmoza se može usporiti, zaustaviti ili čak preokrenuti ako se na membranu primijeni dovoljan tlak s 'koncentrirane' strane membrane.
Obrnuta osmoza nastaje kada se voda premješta preko membraneprotiv gradijenta koncentracije, od niže koncentracije do veće koncentracije. Da biste ilustrirali, zamislite polupomišnu membranu sa svježom vodom s jedne strane i koncentriranom vodenom otopinom s druge strane. Ako dođe do normalne osmoze, svježa voda će prijeći membranu kako bi razrijedila koncentriranu otopinu. U obrnutoj osmozi vrši se pritisak sa strane s koncentriranom otopinom kako bi se molekule vode kroz membranu prisilile na slatkovodnu stranu.
Postoje različite veličine pora membrana koje se koriste za reverziju osmoze. Dok mala veličina pora radi bolji posao filtracije, potrebno je više vremena za pomicanje vode. To je kao da pokušavate sipati vodu kroz cjedlo (velike rupe ili pore) u usporedbi s pokušajem izlijevanja kroz papirnati ručnik (manje rupe). Međutim, reverzna osmoza razlikuje se od jednostavne membranske filtracije jer uključuje difuziju i na je utječu brzina protoka i pritisak.
