Osmoza je v naravi pogost pojav. Na primer, če kumaro položite v slano vodo, bo izgubila vodo in se skrčila. Proces, pri katerem vodne molekule iz kumare vstopijo v raztopino slane vode, je osmoza. Če je vodni bazen razdeljen na dva dela z membrano, skozi katero lahko prehajajo le molekule vode, in se čista voda in slana voda vlijeta na vsako stran membrane do enake višine, se bo po določenem času raven čiste vode zmanjšala, medtem ko se bo raven slane vode povečala. Ta pojav molekul vode, ki migrirajo skozi membrano v slano vodo, se imenuje osmoza. Dvig gladine slane vode ni neskončen; na določeni višini bo dosegel ravnovesno točko. Tlak, ki ga predstavlja razlika v nivojih tekočine skozi membrano na tej točki, se imenuje osmotski tlak. Velikost osmotskega tlaka je neposredno povezana s koncentracijo slane vode.
Ko zgornja naprava doseže ravnovesje, če se na površino strani slane vode uporabi določen pritisk, bodo molekule vode migrirale s strani slane vode na stran čiste vode. Ta pojav molekul tekočine, ki pod pritiskom migrirajo iz razredčene raztopine v koncentrirano raztopino, se imenuje reverzna osmoza. Če na en konec zgoraj-omenjene naprave dodamo slanico in na ta konec uporabimo pritisk, ki presega osmotski tlak slanice, lahko na drugem koncu dobimo čisto vodo. To je princip čiščenja vode z reverzno osmozo. Pri sistemih reverzne osmoze, ki proizvajajo čisto vodo, sta dva ključna dejavnika: selektivna membrana, imenovana pol-prepustna membrana, in določen tlak.
Preprosto povedano, pol{0}}prepustna membrana za reverzno osmozo ima številne pore, katerih velikost je primerljiva z velikostjo molekul vode. Ker so bakterije, virusi, večina organskih onesnaževal in hidratirani ioni veliko večji od molekul vode, ne morejo skozi pol-prepustno membrano za reverzno osmozo in so ločeni od vode, ki gre skozi. Med številnimi nečistočami v vodi je najtežje odstraniti raztopljene soli. Zato je učinek čiščenja vode z reverzno osmozo pogosto določen s stopnjo razsoljevanja. Hitrost razsoljevanja pri reverzni osmozi je v glavnem odvisna od selektivnosti pol-prepustne membrane za reverzno osmozo. Visoko{8}}selektivni membranski elementi za reverzno osmozo lahko dosežejo kar 99,7-odstotno stopnjo razsoljevanja.
