膜的孔径最小，在2～3nm以下。除了水分子外，其他所有杂质颗粒（包括离子）都不能通过，因此反渗透膜分离得到的水为纯。反渗透已经广泛用于、脱盐、工业给水高的制备（电子工业用水、锅炉给水等），近年来迅速发展起来的饮用、优质的核心技术就是反渗透。反渗透技术的操作压力较高。必须超过所处理水的渗透压。对于海水淡化，操作压力一般在3mpa以上，对于用制备饮用纯净水，操作压力一般在1mpa以下（根据原水含盐量、纯水回收率、膜特性而确定，一般家用反渗透膜0.6mpa左右，工业反渗透膜1mpa左右）。
对透过物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜称之为理想半透膜。当把相同体积的稀溶液（例如淡水）和浓溶液（例如盐水）分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透。当渗透达到平衡时，浓溶液一侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，此压差即为渗透压（反渗透膜工作原理见图）。
图 反渗透原理图
渗透压的大小取决于溶液的固有性质，即与溶液的种类、浓度和温度有关而与半透膜的性质无关。若在溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，这一过程称为反渗透。
反渗透膜是为了实现水溶液的反渗透现象，采用特殊工艺人工合成的一种半透膜。反渗透膜的孔径为0.0001µm，只有水溶液中的溶剂——水能通过，而其溶质不能通过反渗透膜。病毒的直径为0.02～0.4µm，细菌的直径是0.4～1.0µm，因此，经过反渗透膜的水是真正意义上的纯净水。
反渗透是渗透的一种反向迁移运动，是一种在压力驱动下借助于半透膜的选择截留作用将溶剂中的溶质与溶剂分开的分离方法，它已广泛应用于各种溶液的提纯与浓缩，其中最普通的应用实例便是在工艺中，用反渗透技术将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。