Osmose is een veel voorkomend verschijnsel in de natuur. Als een komkommer bijvoorbeeld in zout water wordt geplaatst, verliest hij water en krimpt hij. Het proces waarbij watermoleculen uit de komkommer in de zoutwateroplossing terechtkomen, is osmose. Als een plas water in twee delen wordt verdeeld door een membraan waar alleen watermoleculen doorheen kunnen, en zuiver water en zout water aan weerszijden van het membraan tot dezelfde hoogte worden gegoten, zal na verloop van tijd het niveau van zuiver water afnemen, terwijl het niveau van zout water zal stijgen. Dit fenomeen waarbij watermoleculen door het membraan naar het zoute water migreren, wordt osmose genoemd. De stijging van het zoute waterpeil is niet eindeloos; het zal op een bepaalde hoogte een evenwichtspunt bereiken. De druk die wordt weergegeven door het verschil in vloeistofniveaus over het membraan op dit punt wordt osmotische druk genoemd. De grootte van de osmotische druk houdt rechtstreeks verband met de concentratie van het zoute water.
Nadat het bovengenoemde apparaat het evenwicht heeft bereikt, zullen, als er een bepaalde druk wordt uitgeoefend op het oppervlak van de zoutwaterzijde, watermoleculen migreren van de zoutwaterzijde naar de zuivere waterzijde. Dit fenomeen waarbij vloeibare moleculen migreren van een verdunde oplossing naar een geconcentreerde oplossing onder druk wordt omgekeerde osmose genoemd. Als er pekel wordt toegevoegd aan het ene uiteinde van het bovengenoemde- apparaat en er een druk wordt uitgeoefend die de osmotische druk van de pekel overschrijdt, kunnen we aan het andere uiteinde zuiver water verkrijgen. Dit is het principe van waterzuivering met omgekeerde osmose. Er zijn twee sleutelfactoren bij omgekeerde osmosesystemen die zuiver water produceren: een selectief membraan, een semi-permeabel membraan genoemd, en een bepaalde druk.
Simpel gezegd: het semi{0}}doorlaatbare membraan van omgekeerde osmose heeft talloze poriën, waarvan de grootte vergelijkbaar is met de grootte van watermoleculen. Omdat bacteriën, virussen, de meeste organische verontreinigende stoffen en gehydrateerde ionen veel groter zijn dan watermoleculen, kunnen ze niet door het semi-{2}}doorlaatbare membraan van omgekeerde osmose gaan en worden ze gescheiden van het water dat er wel doorheen gaat. Van de vele onzuiverheden in water zijn opgeloste zouten het moeilijkst te verwijderen. Daarom wordt het waterzuiverende effect van omgekeerde osmose vaak bepaald door de ontziltingssnelheid. De ontziltingssnelheid van omgekeerde osmose hangt voornamelijk af van de selectiviteit van het semi-doorlaatbare membraan van omgekeerde osmose. Hoge-selectiviteit membraanelementen voor omgekeerde osmose kunnen een ontziltingspercentage van wel 99,7% bereiken.
