Proces obrnute osmoze koristi polupromjenjivu membranu za odvajanje vode od kontaminacija. Polupropusna membrana omogućava prolaz vode, ali predodžba (npr. Na+, Ca2+, Cl-) ili veće molekule (npr. glukoza, urea, bakterije). Difuzija i osmoza su termodinamički povoljne i nastaviće se dok se ne postigne ravnoteža. Osmoza se može usporiti, zaustaviti, ili čak obrnuti ako se na membranu nanese dovoljan pritisak s 'koncentrirane' strane membrane.
Obrnuta osmoza nastaje kada se voda pomjera preko membraneprotiv gradijenta koncentracije, od niže koncentracije do više koncentracije. Da bi ilustrirali, zamislite polupermeablnu membranu sa svježom vodom na jednoj strani i koncentriranu vodenu otopinu na drugoj strani. Ako se normalna osmoza održi, svježa voda će prijeći membranu kako bi razrjeđivala koncentriranu otopinu. U obrnutoj osmozi pritisak se na strani s koncentriranim rastvorom na silu molekula vode kroz membranu na slatkovodnu stranu.
Postoje različite veličine pora membrana koje se koriste za obrnuto osmozu. Dok mala veličina pora radi bolji posao filtracije, potrebno je duže za premjeљtanje vode. To je kao da pokušavaš da sipaš vodu kroz naprezanje (velike rupe ili pore) u poređenju sa pokušajem da je sipaš kroz papirnati peškir (manje rupe). Međutim, obrnuta osmoza se razlikuje od jednostavne membranske filtracije jer uključuje difuziju i zahvaćena je brzinom protoka i pritiskom.
