Die Umkehrosmose beruht auf eine spezielle Art der Membranfiltration. Ursprünglich wurde sie entwickelt um Meerwasser zu entsalzen. Die eingesetzten Membranen sind hydraulisch dicht, da sie keine feinen Poren haben. Durch Wasserstoffbrückenbindungen kann man die physikalische Größe nicht auf die eines H2O Moleküls beschränken, da mit den benachbarten Molekülen Cluster entstehen. Der Mechanismus der Trennung des Wassers von Ionen funktioniert, da sich die Wassermoleküle in der Membran lösen, hindurch diffundieren und auf der anderen Seite wieder ablösen. Die diffundierte Wassermenge wird Permeat, das verbleibende Medium auf der Rohwasserseite der Membran wird Konzentrat genannt. Manche Stoffe, die sich besser in der Membran lösen, werden nicht zurückgehalten.