Обратный осмос можно назвать фильтрацией только в общем смысле, так как при этом процессе мембрана не пориста, а имеет пропускную способность только в одну сторону. Это означает, что мембрана не является водопроницаемой в собственном смысле, а может включить воду в свою молекулярную структуру. В свою очередь это означает, что концентрат, питаемый сырой водой содержит все загрязнения, а пермеат,преимущественно молекулы воды.

Первоначально обратный осмос использовался для обессаливания морской и солончаковых вод, однако в последнее время находит всё большее применение в области отделении чисто органических смесей.
Принцип обратного осмоса представлен иллюстрацией:

Например отделяя растворённые соли от воды с помощью односторонней мембраны, используется естественное стремление к уравниванию концентрации. Это можно достичь посредством того, что чистая вода попадает в раствор соли через мембрану. Этот процесс называется осмотическим течением, который ведёт к тому, что бывшие одинаковыми объёмы жидкостей изменяются в соответствии с концентрацией солевого раствора. Уровень жидкости солевого раствора увеличивается, а чистой воды понижается. Если осмотическое течение отсутствует, значит достигнуто осмотитческое равновесие. Разница в уровнях жидкостей соответствует осмотическому давлению и пропорциональна начальному содержанию соли в растворе.

Создавая давление со стороны раствора соли, большее чем осмотическое, процесс произойдет в обратном направлении, вода со стороны солевого раствора попадает в чистую воду через мембрану. Этот процесс называют пртивоположным или обратным осмосом. Он обеспечивает постоянное течение чистой воды с малым содержанием соли, практически без коллоидов, замутнений и бактерий. Газы растворённые в воде, например кислород или углекислый газ не отделяются.