L'osmosi inversa (RO) non è la scelta definitiva per la rimozione di qualunque contaminante, ma è il metodo più economico per rimuovere il 95-99% di tutti i contaminanti presenti nell'acqua. Infatti, le membrane RO sono in grado di rimuovere tutte le particelle, i microrganismi e gli organici con peso molecolare maggiore di 100 dalton (incluso i pirogeni) con un meccanismo tipo setaccio molecolare. L'osmosi consiste nel flusso di acqua attraverso una membrana semipermeabile da una soluzione più diluita ad una più concentrata, finché non si raggiunge un equilibrio. L'osmosi inversa consiste, invece, nell'applicazione di una pressione alla soluzione più concentrata, in modo da contrastare la normale pressione osmotica, ottenendo il passaggio di acqua pura dalla soluzione più concentrata, che può essere raccolta a valle della membrana come permeato. Il sistema ro svolge un processo di esclusione ionica per cui solo il solvente acqua può attraversare la membrana semipermeabile, mentre virtualmente tutte le molecole disciolte - inclusi i sali e gli zuccheri - vengono ritenute. Questa membrana semipermeabile reietta i sali (ioni) in funzione della carica: maggiore è la carica e maggiore è la percentuale di reiezione. In ogni caso, gli ioni polivalenti vengono reiettati oltre il 99%, mentre gli ioni monovalenti, quali il sodio, vengono reiettati per il 95%. Comunemente sulle acque potabili si utilizzano membrane in acetato di cellulosa o membrane in poliammide in configurazione "hollow fiber”. Le membrane RO devono essere costruite con materiali dichiarati per usi potabili ed, inoltre, i collanti utilizzati nella loro costruzione non devono rilasciare contaminanti.