يتم تمثيل تكنولوجيا تحلية مياه البحر المعتمدة على الغشاء-بالتناضح العكسي. يتضمن مبدأها استخدام الضغط العالي لدفع مياه البحر عبر غشاء شبه منفذ -، لفصل جزيئات الماء عن أيونات الملح. نظرًا للضغط الأسموزي العالي لمياه البحر، يتطلب النظام مضخة ضغط عالية- لتوفير ضغط كافٍ (عادةً 5-8 ميجا باسكال)، إلى جانب مواد غشائية ذات معدل تحلية عالي -}}}} (مثل أغشية البولي أميد المركبة). تتمثل مزايا هذه التكنولوجيا في استهلاك الطاقة المنخفض نسبيًا ونمطية النظام القوية، مما يجعلها التكنولوجيا السائدة الأكثر استخدامًا على مستوى العالم.
تشتمل تقنيات تحلية مياه البحر الحرارية بشكل أساسي على -التبخر الوميضي متعدد المراحل (MSF) والتقطير- المتعدد التأثيرات (MED). تقوم هذه التقنيات بتسخين مياه البحر لتبخيرها، ثم تكثيفها إلى مياه عذبة، مما يؤدي إلى فصل المحلول الملحي. تعمل منظمة MSF على تحسين الكفاءة من خلال التبخر الوميضي ذو الضغط المنخفض-المراحل المتعددة-، بينما تستخدم MED المبخرات متعددة المراحل- لإعادة استخدام الطاقة الحرارية. تعتبر التقنيات الحرارية مناسبة للتكامل مع الحرارة المهدرة في محطات توليد الطاقة أو الحرارة المهدرة الصناعية، ولكنها تستهلك طاقة عالية وتتطلب معدات -كبيرة الحجم.
وتشمل التقنيات الناشئة الأخرى التحليل الكهربائي، والتناضح الأمامي، والعمليات الهجينة. يستخدم التحليل الكهربي مجالًا كهربائيًا لدفع الأيونات عبر أغشية التبادل الأيوني- للفصل، مما يجعله مناسبًا لمعالجة المياه منخفضة الملوحة-. يستخدم التناضح الأمامي فرق الضغط الأسموزي لدفع هجرة المياه. تجمع العمليات الهجينة بين طرق الأغشية والطرق الحرارية أو تقنيات المعالجة المسبقة لتحسين الكفاءة والاستقرار بشكل عام.
وعلى مستوى هندسة النظم، تتضمن تكنولوجيا تحلية مياه البحر أيضًا تقنيات المعالجة المسبقة واستعادة الطاقة المهمة. على سبيل المثال، تعمل طرق المعالجة المسبقة، مثل الترشيح الرملي والترشيح الفائق، على تقليل أحمال القاذورات وإطالة عمر الغشاء؛ تقوم أجهزة استعادة الطاقة (ERD) باستعادة طاقة الضغط من المياه المالحة المركزة، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك طاقة التشغيل. بشكل عام، تعد تقنية تحلية مياه البحر نظامًا شاملاً لمعالجة المياه يتمحور حول التناضح العكسي ويكمله التحسين التآزري لعمليات متعددة.