Osmose (kein Umkehrosmose) kommt zum Beispiel in Pflanzenzellen vor. Wenn Wasser aus einer Pflanzenzelle verdunstet, steigt der Salzgehalt, so dass durch Osmose Wasser von außen durch die Membran aufgenommen wird. Dieser Prozess kann durch die Einführung von sehr feinen künstlichen Membranen umgekehrt werden. Dann wird Druck auf das mineralhaltige Wasser ausgeübt, wodurch das Wasser selbst durch die Membran aus der Zelle mit dem höheren Salzgehalt herausgedrückt wird. Dieser Prozess erfordert (mechanische) Energie.

Eine Pumpe drückt die Flüssigkeit in umgekehrter Richtung zur Osmose durch die Membran. Zu den Anwendungen gehören die Gewinnung von Trinkwasser, auch aus Meerwasser, die Herstellung von Kesselwasser für Dampfkessel sowie die Reinigung bestimmter Abwässer und Gülle.

Wenn eine semipermeable Membran mit einem Druckunterschied beaufschlagt wird, kann sie wie ein Filter wirken: Das Lösungsmittel bewegt sich zu der Seite, an der die Summe aus äußerem Druck und osmotischem Druck (= veralteter Begriff für den osmotischen Wert) am geringsten ist. Wenn der äußere Druck auf der Seite der konzentrierten Lösung hoch genug ist, wird das reine Lösungsmittel (ohne Lösungsmittel mitzunehmen) auf die andere Seite drängen. Vereinfacht ausgedrückt, wird das Wasser mit großer Kraft durch ein mikroskopisch kleines Sieb mit kleinen Löchern gedrückt.

Die Abscheideleistung hängt nicht nur von der Größe der zu entfernenden Stoffe ab, sondern auch von der Polarität und Ladung der Stoffe, des Lösungsmittels und der Membran.