Обратный осмос или гиперфильтрация основан на применении мембран с очень малыми порами, размер которых не превышает 10нм.

Процессы, связанные с обратным осмосом, из-за высоких рабочих давлений требуют сложного аппаратного оформления, тем не менее, высокая эффективность этих технологий оправдывает расширение их применения.

Обратный осмос - это процесс удаления ионных, органических и взвешенных примесей из воды при помощи мембраны. В противоположность фильтру ("обычная" фильтрация), подаваемая вода или раствор разделяются на два потока путем сбора жидкостей с обеих сторон мембраны ("тангенциальная" фильтрация) при перепаде давления. Полупроницаемая обратноосмотическая мембрана под достаточным давлением пропускает очищенную воду, одновременно задерживая и концентрируя растворенные и взвешенные твердые вещества.

Обратный осмос применяется тогда, когда нужно отделить от растворителя низкомолекулярные растворенные вещества, такие как неорганические соли или органические молекулы, например, глюкозу. Обратный осмос используется в процессах обессоливания водных растворов, процессах получения особо чистых сред для электронной промышленности и энергетики. Растворы низкомолекулярных веществ имеют более высокое осмотическое давление, чем растворы высокомолекулярных соединений, для которых пригодна ультрафильтрация.

Селективность обратноосмотических мембран увеличивается при повышении давления, что связано с уменьшением концентрации растворенного компонента в пермеате.

В обратном осмосе используются давления от 10 до 80 бар. Мембрана (материал) должна иметь высокое сродство к растворителю (главным образом к воде) и низкое сродство к растворенному компоненту.

Природа растворенного вещества сказывается как на величине осмотического давления раствора, так и на параметрах ведения процесса. При разделении растворов сильных электролитов с помощью одной и той же мембраны одновалентные ионы задерживаются хуже, чем двух- и многовалентные. Ионы в порядке увеличения задержания располагаются в ряд, совпадающий в основном с рядом увеличения энергии гидратации:
H⁺ < NO₃ ^-< I^- < Br^- < Cl^- < K⁺ < F^- < Na⁺ < S0₄^2- < Ba^{2 +}< Ca^{2 +} < Mg^{2 +} < Cd^{2 +}< Zn^{2 +} < Al³⁺.

Увеличение задержания одновалентных ионов из многокомпонентных растворов, по сравнению с их задержанием из бинарных растворов, хорошо известно в практике обратного осмоса. Это явление имеет большое практическое значение.