Den omvända osmosprocessen använder ett semipermeabelt membran för att separera vatten från föroreningar. Det semipermeabla membranet tillåter passage av vatten, men uppfattningar (t.ex. Na {{1}}, Ca2+, Cl-) eller större molekyler (t.ex. glukos, urea, bakterier). Diffusion och osmos är termodynamiskt gynnsamma och kommer att fortsätta tills jämvikt uppnås. Osmos kan sakta ner, stoppas eller till och med vändas om tillräckligt tryck appliceras på membranet från' koncentrerad' sidan av membranet.
Omvänd osmos uppstår när vattnet förflyttas över membranetmot koncentrationsgradientenfrån lägre koncentration till högre koncentration. För att illustrera, föreställ dig ett semipermeabelt membran med färskvatten på ena sidan och en koncentrerad vattenlösning på den andra sidan. Om normal osmos äger rum kommer färskvattnet att passera membranet för att späda ut den koncentrerade lösningen. Vid omvänd osmos utövas tryck på sidan med den koncentrerade lösningen för att tvinga vattenmolekylerna genom membranet till sötvattenssidan.
Det finns olika porstorlekar på membran som används för omvänd osmos. Medan en liten porstorlek gör ett bättre jobb med filtrering tar det längre tid att flytta vatten. Det' är som att försöka hälla vatten genom en sil (stora hål eller porer) jämfört med att försöka hälla det genom en pappershandduk (mindre hål). Omvänd osmos skiljer sig emellertid från enkel membranfiltrering eftersom den involverar diffusion och påverkas av flödeshastighet och tryck.
