La tecnologia de dessalinització d'aigua de mar basada en membrana-es representa per osmosi inversa. El seu principi consisteix a utilitzar alta pressió per conduir l'aigua de mar a través d'una membrana semi-permeable, separant les molècules d'aigua dels ions de sal. A causa de l'alta pressió osmòtica de l'aigua de mar, el sistema requereix una bomba d'alta pressió-per proporcionar una pressió suficient (normalment 5-8 MPa), juntament amb materials de membrana d'alta-desalinització- (com les membranes de poliamida compostes). Els avantatges d'aquesta tecnologia són el consum d'energia relativament baix i la forta modularitat del sistema, la qual cosa la converteix en la tecnologia principal més utilitzada a nivell mundial.
Les tecnologies de dessalinització tèrmica d'aigua de mar inclouen principalment l'evaporació instantània en diverses etapes (MSF) i la destil·lació multi-efectes (MED). Aquestes tecnologies escalfen l'aigua de mar per vaporitzar-la i després la condensan en aigua dolça, aconseguint la separació de la salmorra. MSF millora l'eficiència mitjançant l'evaporació de flaix de pressió reduïda-en diverses-etapes, mentre que MED utilitza evaporadors de diverses-etapes per reutilitzar l'energia tèrmica. Les tecnologies tèrmiques són adequades per a la integració amb la calor residual de centrals elèctriques o la calor residual industrial, però tenen un alt consum d'energia i requereixen equips a gran-escala.
Altres tecnologies emergents inclouen l'electrodiàlisi, l'osmosi directa i els processos híbrids. L'electrodiàlisi utilitza un camp elèctric per conduir ions a través de membranes d'intercanvi-ions per a la separació, cosa que la fa apta per al tractament d'aigües de baixa-salinitat. L'osmosi cap endavant utilitza la diferència de pressió osmòtica per impulsar la migració de l'aigua. Els processos híbrids combinen mètodes de membrana amb mètodes tèrmics o tecnologies de pretractament per millorar l'eficiència i l'estabilitat generals.
A nivell d'enginyeria de sistemes, la tecnologia de dessalinització d'aigua de mar també inclou tecnologies crucials de pretractament i recuperació d'energia. Per exemple, els mètodes de pretractament com la filtració de sorra i l'ultrafiltració redueixen les càrregues d'encrasses i allargan la vida útil de la membrana; Els dispositius de recuperació d'energia (ERD) recuperen l'energia de pressió de la salmorra concentrada, reduint significativament el consum d'energia operativa. En general, la tecnologia de dessalinització d'aigua de mar és un sistema integral de tractament d'aigua centrat en l'osmosi inversa i complementat per l'optimització sinèrgica de múltiples processos.