اسمز معکوس از جمله تکنولوژی‌‌های نوین غشایی تصفیه آب محسوب می‌گردد که در آن جریان آب با اعمال فشار 
و عبور از یکسری غشاء نیمه تراوا (Semi-Permeable Membrane) به دو جریان آب خالص (Permeate flow) و جریان پساب غلیظ (Concentrate flow) تقسیم می‌گردد. در تماس با غشاء نیمه تراوای مورد استفاده در سیستم اسمز معکوس، آب در رقابت با نمک، ذرات معلق و مواد آلی با وزن مولکولی بالا، در اولویت قرار داشته و از غشا عبور می‌کند. ساختار ویژه و منافذ بسیار ریز ممبران‌ها (سایز منافذ تا ۰,۰۰۰۱ میکرون، تقریباً ۵۰۰۰۰۰ بار کوچکتر از قطر موی انسان) امکان حذف بسیار موثر ناخالصی‌‌هایی نظیر جامدات محلول، مواد کلوئیدی، ترکیبات شیمیایی، باکتری‌‌ها و ویروس‌‌ها را تا ۹۹ درصد فراهم آورده است.
اسمز معکوس، یک حرکت وارونه نسبت به اسمز استاندارد است به نحوی که در آن حلال از سمت غلیظتر به سمت رقیقتر حرکت می‌کند. چنانچه یک غشاء نیمه تراوا دو محلول آب نمک و آب خالص را در ظرفی از یکدیگر جدا کند، تغییری در حجم دو طرف غشاء رخ می‌دهد. به نحوی که آب از سمت آب خالص (بخش رقیقتر) به سمت آب نمک (بخش غلیظتر) جریان می‌یابد. جهت طبیعی جریان همواره به گونه‌ای است که محلول غلیظتر، رقیق گردد. اگر به سیستم اجازه داده شود تا به تعادل برسد، در آن صورت سطح آب نمک، از سطح آب خالص بالاتر خواهد رفت. این اختلاف سطح در دو طرف غشاء را فشار اسمزی (π) و فرایند را اسمز طبیعی می‌نامند. فشار اسمزی تابعی از غلظت املاح، نوع ناخالصی و دمای محلول می‌باشد.
چنانچه تعادل ایجاد شده بین آب خالص و آب نمک، با اعمال فشار فیزیکی در سمت آب نمک از بین برود، آب خالص از سمت آب نمک از غشاء نیمه تراوا عبور کرده و به سمت محفظه آب خالص وارد می‌شود. این پدیده تا زمانی که دوباره تعادل برقرار شود، یعنی جایی که فشار اسمزی آب نمک با فشار آب نمک روی غشاء نسبت به فشار آب خالص روی غشاء برابر گردد، ادامه خواهد داشت. بطور خلاصه می‌توان با اعمال فشار P، مولکول‌های آب را وادار به حرکت از سمت آب شور به سمت آب خالص نمود و این همان مفهوم اسمز معکوس است. اعمال فشار به قسمت آب نمک می‌تواند توسط یک پمپ صورت گیرد. در این حالت، پمپ نیروی مورد نیاز جهت راندن مولکول‌های آب از میان غشا را تأمین می‌کند.
به سبب قابلیت ممبران‌ها در خالص‌سازی جریان ورودی، از این فرایند در حوزه‌‌های گسترده‌ای شامل صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، صنایع داروسازی، آرایشی و بهداشتی، صنایع تولید مواد غذایی و نوشیدنی‌‌ها، تولید آب خالص جهت صنایع فلزی، الکترونیک و نیروگاه‌‌ها، شیرین سازی آب دریا، تولید آب شرب موردنیاز شهرهای بزرگ و کوچک، هتل‌‌ها و بیمارستان‌ها، تولید آب مورد نیاز مراکز پرورش دام و طیور و بازیافت پساب استفاده می‌گردد.
قابلیت‌های عملکردی و مزایای سیستم‌‌های اسمز معکوس (RO):
1. قابلیت حذف %۹۹-۹۵ املاح محلول
2. عدم محدودیت سیستم جهت تصفیه آب با TDSهای بالا
3. فضای کم مورد نیاز جهت نصب سیستم
4. سادگی سیستم و عدم نیاز به تخصص ویژه جهت راهبری
5. هزینه سرمایه گذاری اولیه پایین در قیاس با سایر روش‌های نمک زدایی
6. هزینه بهره برداری و نگهداری پایینتر نسبت به سیستم‌‌های تبادل یونی
7. قابلیت حذف %۹۸ مواد کلوئیدی و پارامترهای بیولوژیکی
8. امکان مونتاژ آسان سیستم
9. نگهداری و تعمیرات آسان و کم هزینه سیستم
10. مصرف پایین انرژی به سبب عدم نیاز به تغییر فاز در فرایند
11. اثرات زیست محیطی پایین سیستم به سبب مصرف کم مواد شیمیایی
12. امکان نگهداری و تعمیرات دوره ای سیستم بدون نیاز به خاموش نمودن تجهیزات