Osmosas yra dažnas reiškinys gamtoje. Pavyzdžiui, jei agurkas dedamas į sūrų vandenį, jis neteks vandens ir susitrauks. Vandens molekulių iš agurkų patekimo į sūraus vandens tirpalą procesas yra osmosas. Jei vandens telkinį į dvi dalis padalija membrana, pro kurią gali praeiti tik vandens molekulės, o į kiekvieną membranos pusę į tą patį aukštį pilamas grynas vanduo ir sūrus vanduo, po kurio laiko gryno vandens lygis sumažės, o sūraus – padidės. Šis reiškinys, kai vandens molekulės migruoja per membraną į sūrų vandenį, vadinamas osmosu. Sūrio vandens lygio kilimas nėra begalinis; jis pasieks pusiausvyros tašką tam tikrame aukštyje. Slėgis, kurį sudaro skysčio lygių skirtumas membranoje, šiuo metu vadinamas osmosiniu slėgiu. Osmosinio slėgio dydis yra tiesiogiai susijęs su sūraus vandens koncentracija.
Kai pirmiau minėtas įrenginys pasiekia pusiausvyrą, jei sūraus vandens pusės paviršius veikia tam tikrą slėgį, vandens molekulės migruos iš sūraus vandens pusės į gryno vandens pusę. Šis reiškinys, kai skysčių molekulės migruoja iš atskiesto tirpalo į koncentruotą tirpalą esant slėgiui, vadinamas atvirkštine osmosu. Jei į vieną aukščiau nurodyto įrenginio galą įpilama sūrymo, o slėgis viršija sūrymo osmosinį slėgį, kitame gale galime gauti gryno vandens. Tai yra atvirkštinio osmoso vandens valymo principas. Atvirkštinio osmoso sistemose, gaminančiose gryną vandenį, yra du pagrindiniai veiksniai: selektyvinė membrana, vadinama pusiau{5}}pralaidžia membrana, ir tam tikras slėgis.
Paprasčiau tariant, atvirkštinio osmoso pusiau{0}}laidi membrana turi daug porų, kurių dydis panašus į vandens molekulių dydį. Kadangi bakterijos, virusai, dauguma organinių teršalų ir hidratuoti jonai yra daug didesni nei vandens molekulės, jie negali prasiskverbti pro atvirkštinio osmoso pusiau-pralaidžią membraną ir yra atskirti nuo pratekančio vandens. Iš daugelio vandenyje esančių priemaišų sunkiausia pašalinti ištirpusias druskas. Todėl atvirkštinio osmoso vandens valymo efektą dažnai lemia gėlinimo greitis. Atvirkštinio osmoso gėlinimo greitis daugiausia priklauso nuo atvirkštinio osmoso pusiau{6}}pralaidžios membranos selektyvumo. Didelio-selektyvumo atvirkštinio osmoso membranos elementai gali pasiekti net 99,7 % gėlinimo greitį.
