Osmose reversa é o nível mais elevado de filtração disponível. A membrana de OR age como uma barreira a todos os sais e moléculas inorgânicas dissolvidas. Por outro lado, moléculas de água atravessam a membrana que cria um fluxo de produto purificado livremente. Rejeição de sais dissolvidos é tipicamente de 99%. O sistema de osmose reversa tem por objetivo remover os sais dissolvidos (cátions e ânions) presentes na água.
A desmineralização ocorre através da passagem da água pelas membranas nas baterias de permeadores de osmose reversa que através de uma filtração de nível molecular, permite que as moléculas de água permeiem através das membranas de osmose reversa, rejeitando os sais dissolvidos presentes na água de alimentação.