Osmose reversa é o nível mais elevado de filtração disponível. O sistema de osmose reversa, através de uma membrana de osmose reversa semipermeável age como uma barreira a todos os sais e moléculas inorgânicas dissolvidas, como também moléculas orgânicas com um peso molecular maior que aproximadamente 100.
Utilizando uma bomba de alta pressão o fluido é introduzido no sistema e se divide em dois fluxos, um de água tratada com baixa salinidade chamado de permeado, e outro de alta salinidade chamado de concentrado.
O sistema de Osmose Reversa trabalha na membrana de osmose reversa com um grau de rejeição de sais de aproximadamente 99%. A pressão de alimentação varia de acordo com a concentração de sais presentes no fluido a ser tratado, pois precisa vencer o que é chamado de pressão osmótica para que o processo de filtração se realize.
A recuperação de um sistema de Osmose Reversa, razão que define o quanto do fluido que está entrando é aproveitado e o quanto é descartado, varia de acordo com as características do produto que o equipamento está filtrando e o modo como o equipamento é dimensionado. Por isso é muito importante que seja estudado o arranjo hidráulico e das membranas de osmose reversa no equipamento para que se consiga a melhor recuperação possível do sistema.
A vazão de permeado e concentrado precisam ser sempre monitoradas para que se possa ajustar a recuperação do sistema e verificar o quanto este está realmente produzindo. Também é muito importante que seja acompanhado a diferença de pressão na entrada e saída dos vasos das membranas de osmose reversa para se acompanhar o quanto estas estão retendo sujidade e assim determinar o momento de se realizar uma limpeza química. Operar o sistema de Osmose Reversa com diferença de pressão alto nas membranas de osmose reversa irá causar danos nos elementos. Quando possível também é aconselhável ter um medidor analítico, como condutividade ou outro, para se comprovar a qualidade do que se está produzindo.
Alguns contaminantes presentes no fluido que será filtrado pelo sistema de Osmose Reversa também podem causar danos nas membranas de osmose reversa, por exemplo, oxidantes podem corroer a membrana de osmose reversa e danificá-las permanentemente, alguns íons podem se depositar na superfície causando incrustação (entupimento). Por este motivo existem limites nos parâmetros de qualidade do fluido que será tratado, para evitar que ela seja danificada ou que a sua vida útil seja reduzida, assim é muito importante que se dimensione um pré-tratamento adequado para que o sistema opere corretamente.