Proses osmosis terbalik menggunakan membran semi-permeabel untuk memisahkan air dari kontaminan. Membran semipermeabel memungkinkan perjalanan air, tetapi gagasan (misalnya, Na +, Ca2 +, Cl-) atau molekul yang lebih besar (misalnya, glukosa, urea, bakteri). Difusi dan osmosis secara termodinasi menguntungkan dan akan berlanjut sampai keseimbangan tercapai. Osmosis dapat diperlambat, dihentikan, atau bahkan dibalik jika tekanan yang cukup diterapkan pada membran dari sisi membran yang 'terkonsentrasi'.
Osmosis terbalik terjadi ketika air dipindahkan melintasi membranterhadap gradien konsentrasi, dari konsentrasi yang lebih rendah ke konsentrasi yang lebih tinggi. Untuk mengilustrasikan, bayangkan membran semipermeabel dengan air tawar di satu sisi dan larutan berdasi terkonsentrasi di sisi lain. Jika osmosis normal terjadi, air tawar akan melintasi membran untuk mencairkan larutan terkonsentrasi. Dalam osmosis terbalik, tekanan diberikan di samping dengan larutan terkonsentrasi untuk memaksa molekul air melalui membran ke sisi air tawar.
Ada berbagai ukuran pori membran yang digunakan untuk osmosis terbalik. Sementara ukuran pori kecil melakukan pekerjaan filtrasi yang lebih baik, dibutuhkan waktu lebih lama untuk memindahkan air. Ini seperti mencoba menuangkan air melalui saringan (lubang besar atau pori-pori) dibandingkan dengan mencoba menuangkannya melalui handuk kertas (lubang yang lebih kecil). Namun, reverse osmosis berbeda dari penyaringan membran sederhana karena melibatkan difusi dan dipengaruhi oleh laju aliran dan tekanan.
