Η Αντίστροφη Όσμωση (R.Ο.) είναι μια μέθοδος αντιστροφής της φυσικο-χημικής διεργασίας που καλείται όσμωση. Κατά τη διαδικασία αυτή γίνεται διαχωρισμός των συστατικών του νερού, μέσω μιας ημιδιαπερατής μεμβράνης κυτταρίνης, η οποία απομακρύνει από το νερό σχεδόν όλα τα διαλυτά συστατικά του  (επιβλαβή και χρήσιμα). Δηλαδή το οσμωτικό νερό είναι σχεδόν σαν απεσταγμένο.

Η R.Ο. χρησιμοποιείται για απομάκρυνση των αλάτων και των μολυσματικών στοιχείων, που δύσκολα απομακρύνονται από απλά φίλτρα. Έτσι επιτυγχάνεται σχεδόν 100% απομάκρυνση των επιβλαβών στοιχείων στο πόσιμο νερό. H R.O. είναι η μοναδική τεχνολογία που προσφέρεται για νερά με επιβάρυνση πάνω από τα επιτρεπτά όρια.

Η τεχνολογία μεμβρανών ξεκίνησε να εφαρμόζεται από το 1960. Ωστόσο, αρχικά οι διεργασίες που χρησιμοποιούσαν μεμβράνες ήταν πολύ ακριβές με αποτέλεσμα να εφαρμόζονται μόνο σε πολύ ειδικές και εξεζητημένες περιπτώσεις. Αυτό άλλαξε κατά την διάρκεια της δεκαετίας του 1990, λόγω της αυστηροποίησης της κείμενης νομοθεσίας που αφορούσε στην εξασφάλιση της ποιότητας του επεξεργασμένου νερού, καθώς και λόγω της έλλειψης υδάτινων πόρων. Η ξαφνική αύξηση στη χρήση των μεμβρανών απ' το 2000 και μετά οφείλεται στην δραματική πτώση στις τιμές των μεμβρανών, έτσι η τεχνολογία μεμβρανών χρησιμοποιείται πλέον και σε συμβατικές διεργασίες επιτυγχάνοντας πολύ καλύτερα αποτελέσματα.

Υπάρχουν δύο τύποι διεργασιών με μεμβράνες που χρησιμοποιούνται στα πεδία της επεξεργασίας νερού και της επεξεργασίας αποβλήτων. Η πρώτη κατηγορία περιλαμβάνει την αντίστροφη όσμωση (RO) και την νανοφίλτρανση (NF). Αυτός ο τύπος μεμβρανών αποτελείται από ένα πυκνό στρώμα μη πορώδους διαχωριστικού υλικού, προσαρμοσμένο πάνω σε ένα πορώδες υποστηρικτικό υλικό. Αυτός ο τύπος μεμβρανών χρησιμοποιείται για την αφαίρεση διαλυμένων ουσιών. Η δεύτερη κατηγορία είναι οι φίλτραντικές μεμβράνες στις οποίες ένα μικροπορώδες διαχωριστικό στρώμα παρέχει ένα φράγμα ακόμα και στα μικρότερα αιωρούμενα σωματίδια παρ’ όλα αυτά αφήνει τις διαλυμένες ουσίες να διέρχονται. Η φίλτρανση με μεμβράνες χρησιμοποιείται συχνά σαν μια αυτοτελής μέθοδος επεξεργασίας αλλά και ως μέθοδος προεπεξεργασίας της αντίστροφης όσμωσης.

Οι αρχικές χρήσεις των μεμβρανών αντίστροφης όσμωσης ήταν κυρίως για επεξεργασία βιομηχανικών αποβλήτων και για παραγωγή νερού ειδικών χρήσεων. Όλα αυτά σήμερα έχουν ξεπεραστεί λόγω της σημαντικότητας της επεξεργασίας πόσιμου νερού για την αφαίρεση της θολότητας αλλά και την προσθήκη ενός επιπλέον απολυμαντικού φράγματος κυρίως για τους παρασιτικούς μικροοργανισμούς. Επίσης μια από τις πιο διαδεδομένες χρήσεις τον μεμβρανών αντίστροφης όσμωσης είναι η αφαλάτωση του θαλασσινού νερού.

Υπάρχουν δύο τύποι μεμβρανών για φίλτρανση. Οι μεμβράνες Ultrafiltration (UF) και οι μεμβράνες Microfiltration(MF). Ο πρώτος τύπος έχει πόρους 0.01-0.02 μm, ενώ ο δεύτερος 0,04-0,10μm. Σε εφαρμογές επεξεργασίας αποβλήτων χρησιμοποιούνται ακόμα πιο χοντροειδείς φιλτράνσεις μεγέθους 0,2-0,4μm.