Osmose er et vanlig fenomen i naturen. For eksempel, hvis en agurk legges i saltvann, vil den miste vann og krympe. Prosessen med vannmolekyler fra agurken som kommer inn i saltvannsløsningen er osmose. Hvis en vannbasseng deles i to deler av en membran som bare vannmolekyler kan passere gjennom, og rent vann og saltvann helles inn på hver side av membranen til samme høyde, vil nivået av rent vann etter en tid synke, mens nivået av saltvann vil øke. Dette fenomenet med vannmolekyler som migrerer gjennom membranen inn i saltvannet kalles osmose. Økningen i saltvannstanden er ikke uendelig; den vil nå et likevektspunkt i en viss høyde. Trykket representert av forskjellen i væskenivåer over membranen på dette punktet kalles osmotisk trykk. Størrelsen på osmotisk trykk er direkte relatert til konsentrasjonen av saltvannet.
Etter at enheten ovenfor når likevekt, hvis et visst trykk påføres overflaten av saltvannssiden, vil vannmolekyler migrere fra saltvannssiden til rent vannsiden. Dette fenomenet med flytende molekyler som migrerer fra en fortynnet løsning til en konsentrert løsning under trykk kalles omvendt osmose. Hvis saltlake tilsettes i den ene enden av den -nevnte enheten og trykk som overstiger saltlakens osmotiske trykk påføres til den enden, kan vi få rent vann i den andre enden. Dette er prinsippet for omvendt osmose vannrensing. Det er to nøkkelfaktorer i omvendt osmose-systemer som produserer rent vann: en selektiv membran, kalt en semi-permeabel membran, og et visst trykk.
Enkelt sagt har den omvendt osmose semi-permeable membranen mange porer, hvis størrelse er sammenlignbar med størrelsen på vannmolekyler. Siden bakterier, virus, de fleste organiske forurensninger og hydratiserte ioner er mye større enn vannmolekyler, kan de ikke passere gjennom den omvendt osmose semi-permeable membranen og separeres fra vannet som passerer gjennom. Blant de mange urenhetene i vann er oppløste salter det vanskeligste å fjerne. Derfor bestemmes vannrenseeffekten av omvendt osmose ofte av avsaltningshastigheten. Avsaltingshastigheten for omvendt osmose avhenger hovedsakelig av selektiviteten til den halv-omvendte osmose-membranen. Høy-selektivitet omvendt osmose-membranelementer kan oppnå en avsaltingshastighet så høy som 99,7 %.
