يعتمد مبدأ تصميم معدات تحلية مياه البحر على النفاذية الانتقائية للأغشية شبه المنفذة. تحت ضغط عال، يتم دفع مياه البحر من خلال غشاء التناضح العكسي. تمر جزيئات الماء عبر مسام الغشاء لتكوين مياه عذبة، بينما يتم الاحتفاظ بأيونات الملح والشوائب الذائبة الأخرى وتفريغها كمحلول ملحي مركز. ولذلك، فإن مفتاح تصميم النظام هو إنشاء ضغط تشغيل مرتفع بما فيه الكفاية (عادة أعلى بكثير من الضغط الأسموزي لمياه البحر) للتغلب على ميل التناضح الطبيعي وتحقيق عملية الفصل العكسي.
تتكون معدات تحلية مياه البحر عادةً من وحدة معالجة مسبقة، ووحدة ضغط، ووحدة فصل غشائي، ووحدة{0} معالجة لاحقة. يقوم قسم المعالجة المسبقة بإزالة المواد الصلبة العالقة والمواد العضوية من خلال الترشيح الرملي، أو الترشيح الفائق، أو الجرعات الكيميائية لمنع تلوث الغشاء. يتم تشغيل وحدة الضغط بواسطة مضخة ضغط عالي-. وحدة فصل الغشاء هي النواة، وذلك باستخدام أوعية ضغط متعددة متصلة على التوالي وبالتوازي لتحقيق معالجة على نطاق واسع. يتم استخدام -المعالجة اللاحقة لضبط الرقم الهيدروجيني أو التمعدن أو التطهير، مما يضمن أن المياه المنتجة تلبي معايير مياه الشرب.
تركز أنظمة تحلية مياه البحر بشكل خاص على استعادة الطاقة وتحسين الكفاءة. على سبيل المثال، يتم استخدام جهاز استعادة الطاقة (ERD) لاستعادة طاقة الضغط من المحلول الملحي المركز لتقليل استهلاك الطاقة الإجمالي. وفي الوقت نفسه، من خلال تحسين ترتيب الغشاء، والتحكم في معدلات الاسترداد، وتقليل تلوث الغشاء، يمكن تحسين الاستقرار التشغيلي للنظام والكفاءة الاقتصادية بشكل أكبر. بشكل عام، يعد تصميم معدات تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي في الأساس "نظام فصل انتقائي مدفوع بالضغط العالي"، مع الأخذ في الاعتبار جودة المياه واستهلاك الطاقة -واستقرار التشغيل على المدى الطويل.