Omgekeerde osmose verwijdert verontreinigingen uit ongefilterd water of voedt het water, wanneer de druk het door een semipermeabel membraan dwingt. Om schoon drinkwater te leveren, gaat water van de meer geconcentreerde kant van het RO-membraan naar de mindere kant. Het geproduceerde zoete water wordt het doordrongen zuivere water genoemd. Het geconcentreerde water dat overblijft, wordt afvalwater of pekel genoemd.

Een semipermeabel membraan heeft kleine poriën die verontreinigingen kunnen tegenhouden, maar moleculen wel doorlaten. Bij osmose wordt water geconcentreerder naarmate het door het membraan stroomt om aan beide zijden evenwicht te verkrijgen. Omgekeerde osmose voorkomt dat verontreinigingen de minder geconcentreerde kant van het membraan binnendringen. Wanneer bijvoorbeeld tijdens omgekeerde osmose druk wordt uitgeoefend op zout water, blijft het zout achter en stroomt er alleen schoon water door.