Pöördosmoosi protsess kasutab poolläbilaskvat membraani vee eraldamiseks saasteainetest. Poolläbilaskv membraan võimaldab vee läbipääsu, kuid mõisted (nt Na+, Ca2+, Cl-) või suuremad molekulid (nt glükoos, karbamiid, bakterid). Difusioon ja osmoos on termodünaamiliselt soodsad ja jätkuvad kuni tasakaalu saavutamiseni. Osmoosi saab aeglustada, peatada või isegi tagasi pöörata, kui membraanile rakendatakse membraani "kontsentreeritud" küljelt piisavat rõhku.
Pöördosmoos tekib siis, kui vett liigutatakse üle membraanikontsentratsiooni astmiku vastu, madalamast kontsentratsioonist suurema kontsentratsioonini. Illustreerimiseks kujutage ette poolläbilaskvat membraani, mille ühel küljel on värske vesi ja teisel küljel kontsentreeritud vesilahus. Normaalse osmoosi korral läbib värske vesi kontsentreeritud lahuse lahjendamiseks membraani. Pöördosmoosi korral avaldatakse küljele survet kontsentreeritud lahusega, et suruda veemolekulid läbi membraani magevee poolele.
Pöördosmoosi jaoks kasutatakse erinevaid membraanide pooride suurusi. Kuigi väike poori suurus teeb filtreerimisel paremat tööd, võtab vee liigutamine kauem aega. See on nagu vee valamine läbi tüve (suured augud või poorid), võrreldes sellega, et üritatakse seda valada läbi paberrätiku (väiksemad augud). Kuid pöördosmoos erineb lihtsast membraanfiltreerimisest, sest see hõlmab difusiooni ja seda mõjutavad voolukiirus ja rõhk.
