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Unter Osmose versteht man in Naturwissenschaft und Technik die gerichtete Wanderung von Molekülen durch eine semipermeable Membran. Die chemische und physikalische Beschaffenheit der Membran bestimmt, welche Moleküle sie durchdringen können und welche nicht, daher der Begriff der Semipermeabilität, was so viel wie halbe oder teilweise Durchdringbarkeit bedeutet.

Gießt man unterschiedliche Flüssigkeiten zusammen, hier Wasser mit unterschiedlichen Salzgehalten, neigen sie dazu, ihre Konzentrationen anzugleichen. Das Seewasser würde also „verdünnt“, das Trinkwasser mit Salzen angereichert, es ergäbe sich eine weniger konzentrierte, homogene Lösung. Gibt man See- und Frischwasser zu gleichen Teilen in ein Gefäß, bei dem beide Flüssigkeiten durch eine geeignete semipermeable Membran getrennt sind, so befindet sich auf der Seewasserseite eine hoch mit Salzen angereicherte Lösung, auf der anderen mehr oder weniger „reines“ Wasser ohne bzw. mit nur geringen gelösten Bestandteilen.

Das natürliche Ausgleichsbestreben der beiden Flüssigkeiten führt nun zu einer Wanderung von Wassermolekülen von der Frischwasserseite zur Salzwasserseite. In der Folge nimmt das Volumen auf der Frischwasserseite ab und auf der Salzwasserseite zu. Dieser Prozess der Osmose findet statt, bis der Druck der auf der Seeseite steigenden Wassersäule dem Ausgleichsbestreben, also dem osmotischen Druck, entspricht. Dann kommt er zum Stillstand. Der osmotische Druck liegt in diesem Fall bei etwa 30 bar.

Der beschriebene Prozess lässt sich umkehren, indem man die Flüssigkeit auf der Salzwasserseite mechanischem Druck aussetzt. Bei einem Druck von 30 bar kann der osmotische Prozess nicht stattfinden bzw. würde rückgängig gemacht. Erhöht man den Druck darüber hinaus, beispielsweise auf 60 bar, kommt es zu einer Wanderung von Wassermolekülen von der Seewasserseite zur Frischwasserseite. Alle anderen Bestandteile der Seewasserlösung können die Membran nicht passieren. Es verbleibt eine höher konzentrierte Lösung auf der Seewasserseite und ein Gewinn an Frischwasser jenseits der Membran. Dieser Prozess wird als Umkehr- Osmose bezeichnet, auf Englisch: reverse osmosis (R.O.)

Das Seewasser wird von einer Hochdruckpumpe in die Eingangsseite des Druckrohres einer RO Anlage gefördert. Im Druckrohr befindet sich die osmotische Membran, die nur die Trägerflüssigkeit „Wasser“ (Solvent) durchlässt und die gelösten Stoffe (Solute) zurückhält. Wenn der Druckunterschied das osmotische Gefälle mehr als ausgleicht, passen die Wassermoleküle wie bei einem Filter durch die Membran, während die „Verunreinigungsmoleküle“ zurückgehalten werden.

Im Gegensatz zu einem klassischen Membranfilter verfügen Osmose Membranen nicht über durchgehende Poren. Vielmehr wandern die Ionen und Moleküle durch die Membran hindurch, indem sie durch das Membranmaterial diffundieren.

Im Inneren der Membrane befindet sich das Permeatrohr welches für den Transport des Produktwassers, jetzt als Permeat bezeichnet, durch eine der beiden Endkappen des Druckrohres zum Frischwassertank sorgt. Das überschüssige Seewasser, nun als Konzentrat bezeichnet, wird am Ausgang des Druckrohres über ein Druckregelventil über Bord geleitet.