Systemy odwróconej osmozy oparte są na naturalnym zjawisku istnienia zróżnicowania ciśnienia pomiędzy cieczami o odmiennych stężeniach odseparowanymi błoną półprzepuszczalną. To tak zwane ciśnienie osmotyczne. Z uwagi na stosunkowo niewielkie dysproporcje ciśnień w zjawisku systemy RO opierają się na zjawisku odwrotnym, gdzie występuje zewnętrzne źródło ciśnienia czyli ciśnienie wodociągu. W procesie filtracji ma miejsce przesączanie płynu z silniejszym stężeniem zabrudzeń do wody z niższym stężeniem. W ten sposób uzyskujemy bardzo wysoką dokładność filtracji. W filtrach osmotycznych usuwane są niechciane substancje takie jak m.in.: mangan, żelazo, twardość lecz także groźne bakterie.
Jakość wody przefiltrowanej podobna jest do wody demineralizowanej (przewodność rzędu kilkunastu mikro Siemensów na centymetr kwadratowy). Naprawdę często do celów spożywczych montuje się dodatkowe wkłady mineralizujące, które uzupełniają mikroelementy wyfiltrowane podczas przenikania wody poprzez membranę osmotyczną. Minusami systemu odwróconej osmozy są przede wszystkim duży odrzut wody (minimum 50%, nawet przy wykorzystaniu pomp podnoszących ciśnienie) oraz nieduża wydajność (dlatego też często do filtrów RO dodaje się zbiorniki buforowe zawierające przefiltrowaną wodę). W chwili obecnej filtry do wody oparte na zjawisku osmozy są bardzo popularne, a ponadto występują w bardzo dużym przedziale wydajności.
