При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества. Предельно малый размер пор и особое физико-химическое строение мембраны позволяют проникать сквозь нее только молекулам воды. Для остальных же примесей мембрана представляет непреодолимую преграду.

Обратный осмос используется в различных технологиях очистки воды от примесей, в том числе для опреснения морской воды и очищения питьевой воды для различных целей, с начала 1970-х годов. 

В системах очистки воды обычно используется синтетические полупроницаемые мембраны. Мембрана задерживает высокомолекулярные загрязнители, но пропускает низкомолекулярные вещества, например такие газы как кислород, хлор, углекислый газ, которые могут определять вкус воды. Поэтому вода получается практически дистиллированная, но сохраненяет вкусовые качества родниковой воды.

 В результате прохождения воды через фильтры системы обратного осмоса она избавляется от 99,9% примесей: железа, аммиака и аммонийных солей, нитратов, нитритов, фторидов, сульфатов, хлоридов, бикарбонатов, кальция, магния, связанного остаточного хлора, кремния, натрия остаточного алюминия. Кроме того, благодаря действию фильтров обратного осмоса значительно снижается общая жесткость воды, приводящая к образованию накипи во время кипячения, к белому налёту на посуде и других предметах. Как известно из определения, вода — это вещество, не имеющее цвета, вкуса и запаха. Вода, пропущенная через систему обратного осмоса, абсолютно избавлена от запаха, чего не может обеспечить ни одна другая система водоочистки.  

Установки осмоса могут использоваться также и для подготовки технологической воды, очищенной от растворенных в ней ионов. Система обратного осмоса широко применяется в промышленности. А в последнее время большим спросом пользуются бытовые фильтры обратного осмоса, обеспечивающие высочайшую степень фильтрации. Установка осмоса позволяет сократить содержание в воде неорганических элементов до 2%, а также полностью удалить всевозможные фенолы, гербициды и пестициды, размер которых превышает размер поры мембраны. Еще одним достоинством очистки воды с помощью установки осмоса является сохранение растворенного в воде кислорода.

Основой функционирования установки осмоса являются мембранные элементы. Они могут иметь различные конструкции и исполнение. Чаще всего в системы обратного осмоса устанавливают рулонные мембранные элементы. Они изготавливаются с использованием новейших инновационных технологий, позволяющих обеспечить высокое качество очистки. В качестве материала для изготовления мембраны может быть также использован тонкопленочный композит или ацетатцеллюлоза.

Принцип действия системы обратного осмоса заключается в том, что вода под давлением проходит через мембрану, на которой оседают растворенные в воде вещества. Мембраны имеют пористую структуру, диаметр пор составляет 0,0001 микрон. Такой размер является достаточным для того, чтобы через них могли свободно проникать молекулы воды, но недостаточным для проникновения ионов и молекул примесей, содержащихся в воде.

Обратный осмос начинает происходить при определенном уровне давления, которое называется осмотическим. То есть в этой точке вода начинает воздействовать на мембрану с необходимой силой, позволяющей молекулам проталкиваться через поры. Чем выше давление воды, подаваемой на мембрану, тем выше производительность мембраны и лучше качество очистки. Рабочее давление для низконапорного осмоса колеблется от 6 до 12 атмосфер, для высоконапорного осмоса – от 12 до 16 атмосфер. Для очистки морской воды необходимо давление от 40 до 70 атмосфер.

Внутри мембраны вода разделяется на два потока: пермеат, то есть отфильтрованная обессоленная вода, и концентрат, то есть рассол. Внешнее давление (которое должно превышать осмотическое), воздействуя на концентрат, заставляет молекулы воды двигаться через мембрану в обратном направлении, загоняя их в пермеат и повышая тем самым уровень жидкости. В этом и заключается принцип действия системы обратного осмоса.

В итоге все загрязнения остаются на другой стороне мембраны, откуда они удаляются путем смывания в дренаж.

Для достижения нормальной производительности мембраны, на нее должна поступать вода под давлением 3,5–4 атмосферы. Такое давление – обычное дело для большинства муниципальных водопроводов в крупных городах. При давлении воды менее 2–2,5 атмосфер (в том числе и при заборе воды из емкости без давления) необходим насос повышения давления.

Если очищенная вода потребляется неравномерно, и периодически ее расход может возрастать, то система очистки обычно дополняется емкостью для хранения чистой воды. Иногда применяется более дорогой способ - системы оснащаются существенно более мощным насосом и более производительной мембраной.

Фильтрующая способность системы Обратного Осмоса является поистине уникальной. Ни один из фильтров, работающих по другому принципу – механической очистки, адсорбции или ионного обмена – не может обеспечить подобной степени очистки. Очень важно понимать то, что даже лучшие из “простых” бытовых фильтров не удаляют или далеко не полностью удаляют из воды пестициды, бактерии, тригалометаны и другие канцерогенные хлорорганические соединения, а также тяжелые металлы и радионуклиды.