Um das Prinzip der Umkehrosmose zu verstehen, bietet es sich an zunächst das Verfahren der Osmose zu betrachten. Bei der Osmose werden zwei Lösungen mit unterschiedlicher Ionen-Konzentrationen durch eine semipermeable Membran voneinander getrennt. Diese Membran stellt eine Barriere dar, die aufgrund ihrer molekularen Größe nur für Wassermolekülen durchlässig ist. Aufgrund des natürlichen Bestrebens des Konzentrationsausgleichs, versuchen die Ionen der hochkonzentrierten Seite auf die der niedrigen konzentrierten Seite zu gelangen.

Hierdurch entsteht ein osmotischer Druck auf der Seite der konzentrierten Lösung. Die Osmose erfolgt so lange, bis die Konzentrationen ausgeglichen sind oder der osmotische Druck die Osmose stoppt.

Bei der Umkehrosmose wird dieses Prinzip umgekehrt: Auf die konzentrierte Lösung wird Druck ausgeübt, der diese auf die andere Seite drückt. Dabei ist die Membran nur für Wassermoleküle durchlässig – größere Moleküle werden abgehalten.