Osmose er et almindeligt fænomen i naturen. Hvis en agurk for eksempel lægges i saltvand, vil den tabe vand og skrumpe. Processen med vandmolekyler fra agurken, der kommer ind i saltvandsopløsningen, er osmose. Hvis en vandpøl deles i to dele af en membran, som kun vandmolekyler kan passere igennem, og der hældes rent vand og saltvand i hver side af membranen i samme højde, vil niveauet af rent vand efter en periode falde, mens niveauet af saltvand vil stige. Dette fænomen med vandmolekyler, der migrerer gennem membranen ind i saltvandet, kaldes osmose. Stigningen i saltvandsstanden er ikke uendelig; den vil nå et ligevægtspunkt i en vis højde. Trykket repræsenteret af forskellen i væskeniveauer over membranen på dette tidspunkt kaldes osmotisk tryk. Størrelsen af det osmotiske tryk er direkte relateret til koncentrationen af saltvandet.
Efter at ovennævnte anordning har nået ligevægt, hvis et vist tryk påføres overfladen af saltvandssiden, vil vandmolekyler migrere fra saltvandssiden til den rene vandside. Dette fænomen med flydende molekyler, der migrerer fra en fortyndet opløsning til en koncentreret opløsning under tryk, kaldes omvendt osmose. Hvis der tilsættes saltlage til den ene ende af ovennævnte-enhed, og der påføres et tryk, der overstiger saltvandets osmotiske tryk, kan vi opnå rent vand i den anden ende. Dette er princippet om omvendt osmose vandrensning. Der er to nøglefaktorer i omvendt osmose-systemer, der producerer rent vand: en selektiv membran, kaldet en semi-permeabel membran, og et vist tryk.
Enkelt sagt har den omvendt osmose semi-permeable membran adskillige porer, hvis størrelse er sammenlignelig med størrelsen af vandmolekyler. Da bakterier, vira, de fleste organiske forurenende stoffer og hydrerede ioner er meget større end vandmolekyler, kan de ikke passere gennem den omvendte osmose semi-permeable membran og adskilles fra det vand, der passerer igennem. Blandt de mange urenheder i vand er opløste salte de sværeste at fjerne. Derfor er vandrensningseffekten af omvendt osmose ofte bestemt af afsaltningshastigheden. Afsaltningshastigheden af omvendt osmose afhænger hovedsageligt af selektiviteten af den omvendte osmose semi-permeable membran. Høj-selektivitet omvendt osmose-membranelementer kan opnå en afsaltningshastighed så høj som 99,7 %.
