اساس کار این دستگاه ها بر عبور مولکول های غیر یونی مثل آب از یک غشا با روزنه های بسیار ریز بنا شده است. این غشاها به صورتی ساخته شده اند که مولکول های خنثی را به راحتی از خود عبور می دهند. به همین دلیل آب ورودی به سیستم، که دارای املاح مختلف است به آب تقریبا خالص تبدیل می گردد. در سیستم آب شیرین کن RO جریان ورودی به دو جریان آب تصفیه شده و پساب غلیظ تبدیل می شود.
در فرآیند آب شیرین کن RO آب با فشار زیاد از یک سری غشا نیمه تراوا عبور داده می شود. این فشار خارجی از فشار اسمزی طبیعی بیشتر است در نتیجه مولکول های کوچک تر از منافذ غشا عبور می کنند در حالی که مولکول های بزرگ تر، قادر به عبور از غشا نیستند و سپس در جریانی جانبی از کنار غشا عبور داده شده و دفع می گردند. در این فرآیند میکروارگانیسم ها نیز از آب حذف می شوند. به طور کلی این فرآیند برای شیرین کردن آب های شور به کار می رود ولی در سال های اخیر برای حذف آلاینده های خاص نظیر نیترات مورد توجه قرار گرفته است.
آب شیرین کن RO یک روش تصفیه فیزیکی و نوعی فیلتراسیون است که نیاز به مواد شیمیایی ندارد. در اغلب منابع از روش آب شیرین کن به عنوان روشی موفق و اقتصادی در درازمدت برای کنترل آلاینده های آب از جمله نیترات یاد شده است. در این روش علاوه بر نیترات، کل جامدات محلول TDS آب نیز کاهش می یابد. اگر چه فرآیند آب شیرین کن می تواند میکروارگانیسم ها را نیز حذف کند، اما توصیه شده که آب پاک از نظر شاخص باکتریایی ( بدون کلی فرم ) به فرآیند RO وارد گردد.
