Osmosis terbalik menghilangkan kontaminan dari atau air umpan, air tanpa filter, ketika tekanan memaksanya melalui membran semipermeabel. Untuk menyediakan air minum yang bersih, air dialirkan dari sisi membran RO yang lebih pekat ke sisi yang lebih sedikit. Air tawar yang dihasilkan disebut air murni meresap. Air pekat yang tersisa disebut air limbah atau air garam.

Membran semipermeabel memiliki pori-pori kecil yang dapat menghalangi kontaminan namun memungkinkan molekul mengalir melaluinya. Dalam osmosis, air menjadi lebih pekat saat melewati membran untuk mencapai keseimbangan di kedua sisi. Osmosis terbalik menghalangi kontaminan memasuki sisi membran yang kurang terkonsentrasi. Misalnya, ketika tekanan diterapkan pada air asin selama osmosis balik, garam akan tertinggal dan hanya air bersih yang mengalir.