El principio de diseño de los equipos de desalinización de agua de mar se basa en la permeabilidad selectiva de membranas semi-permeables. A alta presión, el agua de mar pasa a través de una membrana de ósmosis inversa. Las moléculas de agua pasan a través de los poros de la membrana para formar agua dulce, mientras que los iones de sal y otras impurezas disueltas se retienen y se descargan como salmuera concentrada. Por lo tanto, la clave para el diseño del sistema es establecer una presión operativa suficientemente alta (generalmente mucho más alta que la presión osmótica del agua de mar) para superar la tendencia a la ósmosis natural y lograr el proceso de separación inversa.
Los equipos de desalinización de agua de mar normalmente constan de una unidad de pretratamiento, una unidad de presurización, una unidad de separación por membrana y una unidad de post-tratamiento. La sección de pretratamiento elimina los sólidos suspendidos y la materia orgánica mediante filtración de arena, ultrafiltración o dosificación de productos químicos para evitar la contaminación de la membrana. La unidad de presurización funciona con una bomba de alta-presión. La unidad de separación de membrana es el núcleo y utiliza múltiples recipientes a presión conectados en serie y en paralelo para lograr un procesamiento a gran-escala. El post-tratamiento se utiliza para ajustar el pH, mineralizar o desinfectar, asegurando que el agua producida cumpla con los estándares de agua potable.
Los sistemas de desalinización de agua de mar ponen especial énfasis en la recuperación de energía y la mejora de la eficiencia. Por ejemplo, se utiliza un dispositivo de recuperación de energía (ERD) para recuperar la energía de presión de la salmuera concentrada para reducir el consumo total de energía. Al mismo tiempo, al optimizar la disposición de las membranas, controlar las tasas de recuperación y reducir la contaminación de las membranas, se puede mejorar aún más la estabilidad operativa y la eficiencia económica del sistema. En general, el diseño del equipo de desalinización de agua de mar por ósmosis inversa es esencialmente un "sistema de separación selectiva impulsado por alta presión", teniendo en cuenta la calidad del agua, el consumo de energía y la estabilidad operativa-a largo plazo.