Thẩm thấu ngược loại bỏ các chất gây ô nhiễm khỏi hoặc cấp nước, nước chưa lọc, khi áp suất buộc nó đi qua màng bán thấm. Để cung cấp nước uống sạch, nước đi từ phía đậm đặc hơn của màng RO sang phía ít hơn. Nước ngọt sinh ra được gọi là nước tinh khiết thẩm thấu. Nước cô đặc còn sót lại được gọi là nước thải hoặc nước muối.

Màng bán thấm có các lỗ nhỏ có thể chặn các chất gây ô nhiễm nhưng cho phép các phân tử chảy qua. Trong thẩm thấu, nước trở nên cô đặc hơn khi đi qua màng để đạt được trạng thái cân bằng ở cả hai bên. Thẩm thấu ngược ngăn chặn các chất gây ô nhiễm xâm nhập vào phía ít tập trung hơn của màng. Ví dụ, khi áp suất tác dụng lên nước mặn trong quá trình thẩm thấu ngược, muối bị bỏ lại và chỉ có nước sạch chảy qua.