Grundprinzip der Osmose ist, dass Wasser, oder ein anderes Lösungsmittel durch eine teilweise leitfähige Trennschicht fließt. Die molekularen Bestandteile der Flüssigkeit können dabei die semipermeable Membran nicht überwinden. Die natürliche Richtung des osmotischen Flusses ist immer auf einen Konzentrationsausgleich der gelösten Teilchen gerichtet. Die Flüssigkeit passiert die semipermeable Membran immer zum Ort der höheren Konzentration an Teilchen und schafft so ein Gleichgewicht.
In der Natur ist die Osmose einer der wichtigsten Vorgänge zur Regulation des Wasserhaushaltes von Zellen und Lebewesen.
Das bekannteste Beispiel für diesen in der Natur stattfindenden Vorgang, ist das Aufplatzen von reifen Kirschen am Baum nach einem ordentlichen Sommerregen. Das Wasser auf der Oberfläche der reifen Früchte verfügt über eine geringere Anzahl an gelösten Teilchen, als im Inneren der Kirsche. Die Molekülverhältnisse weißen somit ein hohes chemisches Potenzial auf. Aufgrund dieser Tatsache dringt das Regenwasser durch die äußere Haut der Frucht, die hier die semipermeable Membran darstellt, und schafft, zum Leidwesen des Obstbaumbesitzers im inneren der Kirsche einen Konzentrationsausgleich.
In einer Osmoseanlage ist ein mehrstufiges Filtersystem eingebaut. Die einzelnen Komponenten bestehen aus Plastik und weisen, je nach Preisklasse unterschiedliche Qualitätsstufen auf.
Das Wasser wird mit hohem Druck durch die Membran gepresst. Filtern von größeren Mengen Wasser (in Kombination mit einer Tankanlage) ist so möglich. Osmoseanlagen sind technisch gut entwickelt und verbrauchen nicht viel Strom. Filter und Membran benötigen regelmäßig Wartung und Erneuerung. Eine Osmoseanlage kann auch ohne Tank betrieben werden. Bei Benutzung der Anlage muss die Membran regelmässig gespült werden um ihre Durchlässigkeit zu gewährleisten. Im Zuge dessen entsteht Abwasser, das als schon gefiltertes und gereinigtes Wasser dem Wasserkreislauf wieder zugeführt wird.
Im Prozess der Umkehrosmose wird auch Druck auf das Wasser ausgeübt. Der Druck muss allerdings höher sein, als der Druck des natürlichen osmotischen Vorgangs, der im Normalfall die Richtung vorgibt. Der Filtervorgang kann so auch in Richtung der niedrigeren Konzentration der gelösten Teilchen stattfinden.
Die Umkehrosmose ermöglicht eine Vielzahl an Wasseraufbereitungsoptionen und Wassergewinnung, sie wird auch in der Raumfahrt und beim Militär genutzt.
Der Hauptunterschied von Osmose und Umkehrosmose liegt im Druck, der auf das Lösungsmittel ausgeübt wird. Mit der technischen Möglichkeit einen höheren Druck anzuwenden ist es möglich einen Fluss durch die semipermeable Membran zu erzeugen, dessen Antriebskraft nicht mehr im Konzentrationsgefälle begründet liegt. Das vorgefilterte Wasser kann entgegen des osmotischen Drucks durch die semipermeable Membran diffundieren. Das Ergebnis ist eine noch gründlichere Wasserreinigung als bei der Osmose möglich.
Die Umkehrosmose benötigt daher auch mehr Zeit und produziert eine größere Menge an Abwasser. Der Umkehrvorgang ist aber im Gegensatz zur Osmose auch in der Lage Wassergewinnung zu betreiben. Eine Anlage zur Umkehrosmose ist daher in jedem Fall mit einem Tank zur Wasserspeicherung ausgerüstet.