Η αρχή σχεδιασμού του εξοπλισμού αφαλάτωσης θαλασσινού νερού βασίζεται στην επιλεκτική διαπερατότητα των ημι-μεμβρανών. Υπό υψηλή πίεση, το θαλασσινό νερό ωθείται μέσω μιας μεμβράνης αντίστροφης όσμωσης. Τα μόρια του νερού περνούν μέσα από τους πόρους της μεμβράνης για να σχηματίσουν γλυκό νερό, ενώ τα ιόντα άλατος και άλλες διαλυμένες ακαθαρσίες διατηρούνται και απορρίπτονται ως συμπυκνωμένη άλμη. Επομένως, το κλειδί για το σχεδιασμό του συστήματος είναι η δημιουργία μιας αρκετά υψηλής πίεσης λειτουργίας (συνήθως πολύ υψηλότερη από την οσμωτική πίεση του θαλασσινού νερού) για να ξεπεραστεί η φυσική τάση όσμωσης και να επιτευχθεί η διαδικασία αντίστροφου διαχωρισμού.
Ο εξοπλισμός αφαλάτωσης θαλασσινού νερού αποτελείται συνήθως από μια μονάδα προεπεξεργασίας, μια μονάδα συμπίεσης, μια μονάδα διαχωρισμού μεμβράνης και μια μονάδα επεξεργασίας μετά-. Το τμήμα προεπεξεργασίας αφαιρεί τα αιωρούμενα στερεά και την οργανική ύλη μέσω διήθησης με άμμο, υπερδιήθησης ή χημικής δοσολογίας για την αποφυγή ρύπανσης της μεμβράνης. Η μονάδα συμπίεσης τροφοδοτείται από μια αντλία υψηλής-πίεσης. Η μονάδα διαχωρισμού μεμβράνης είναι ο πυρήνας, που χρησιμοποιεί πολλαπλά δοχεία πίεσης συνδεδεμένα σε σειρά και παράλληλα για την επίτευξη επεξεργασίας μεγάλης-κλίμακας. Η επεξεργασία μετά{7}}χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση του pH, την ανοργανοποίηση ή την απολύμανση, διασφαλίζοντας ότι το παραγόμενο νερό πληροί τα πρότυπα πόσιμου νερού.
Τα συστήματα αφαλάτωσης θαλασσινού νερού δίνουν ιδιαίτερη έμφαση στην ανάκτηση ενέργειας και στη βελτίωση της απόδοσης. Για παράδειγμα, μια συσκευή ανάκτησης ενέργειας (ERD) χρησιμοποιείται για την ανάκτηση της ενέργειας πίεσης από τη συμπυκνωμένη άλμη για μείωση της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας. Ταυτόχρονα, με τη βελτιστοποίηση της διάταξης της μεμβράνης, τον έλεγχο των ρυθμών ανάκτησης και τη μείωση της ρύπανσης της μεμβράνης, η λειτουργική σταθερότητα και η οικονομική απόδοση του συστήματος μπορούν να βελτιωθούν περαιτέρω. Συνολικά, ο σχεδιασμός του εξοπλισμού αφαλάτωσης θαλασσινού νερού με αντίστροφη όσμωση είναι ουσιαστικά ένα "σύστημα επιλεκτικού διαχωρισμού που οδηγείται από υψηλή πίεση", λαμβάνοντας υπόψη την ποιότητα του νερού, την κατανάλωση ενέργειας και τη μακροπρόθεσμη λειτουργική σταθερότητα.