בתהליך האוסמוזה הפוכה, מים מלוחים נדחפים דרך ממברנה חדירה-חלקית בלחץ גבוה. הלחץ חזק מספיק כדי להתגבר על הלחץ האוסמוטי הטבעי, ובכך לגרום למולקולות מים לעבור דרך הממברנה — אך להשאיר מאחור את המלחים, המתכות והזיהומים.
כדי להמחיש: נניח שיש לנו מיכל עם מי מלח בצד אחד, ומים טהורים בצד השני. הקרום ביניהם חדיר למים בלבד. בלחץ חיצוני מתאים (במערכות תעשייתיות – לעיתים עד 60 בר), מים חוצים את הקרום מהצד המלוח אל הצד הנקי — והתוצאה היא מים מטוהרים ו"רכז" מרוכז במלחים שנותר מאחור.
תהליך זה אינו טבעי ודורש אנרגיה, אך בזכותו ניתן לטפל גם במים בעייתיים במיוחד ולהפוך אותם למים איכותיים לשימושים שונים.
