El proceso de la ósmosis inversa funciona en la práctica, tal y como se muestra en la figura siguiente. Una Bomba de alta presión bombea la solución a tratar hacia un compartimiento donde está ubicada la membrana semipermeable manteniendo permanentemente una presión elevada en uno de sus lados (compartimiento de alta presión), por lo que una parte del solvente y una cantidad muy pequeña del soluto atraviesan la membrana. La otra parte de la solución de aporte es rechazada, dando lugar a la salmuera o rechazo, con un alto contenido del soluto y la parte restante del solvente.
 

La desalación mediante membranas se puede dividir en 2 grandes grupos, según el agua de origen a tratar:

- Agua de Mar:
Debido a la alta concentración de sales en la misma, los rendimientos en los procesos de desalación no suelen ser muy altos, trabajando con rendimientos entre el 40 y el 60 %. Además, es necesario aplicar una gran presión de trabajo para obtener el permeado (agua desalinizada).

- Agua salobre:
La cantidad de sales disueltas en el agua es mucho menor que en el caso de agua de mar lo que nos permite trabajar a bajas presiones con lo que supone un ahorro considerable de energía y económico, dando como resultados unas conversiones de los sistemas entre el 65 y el 75%.

La ósmosis inversa como técnica de desalación se puede usar con fines:

- Urbanos: obtención de agua potable para abastecimiento en zonas donde se ha experimentado un incremento en la población y escasez de fuentes de agua potable.

- Turísticos: Orientados para abastecimiento de complejos hoteleros y para riego de campos de golf en ubicaciones turísticas donde resulta complicada la obtención de agua para dicho fines.

- Agrícolas: Donde se consigue la reducción de la concentración de sales en el agua de los acuíferos salinos, sobre todo los pozos próximos al mar, debido a la incrustación marina.

- Industriales: Como pretratamiento con la obtención de agua ultrapura para la realización de procesos industriales de elaboración (productos farmacéuticos,…) y en hospitales.