Prinsip desain peralatan desalinasi air laut didasarkan pada permeabilitas selektif membran semi-permeabel. Di bawah tekanan tinggi, air laut dipaksa melalui membran reverse osmosis. Molekul air melewati pori-pori membran untuk membentuk air tawar, sementara ion garam dan kotoran terlarut lainnya tertahan dan dibuang sebagai air garam pekat. Oleh karena itu, kunci dari desain sistem adalah menetapkan tekanan operasi yang cukup tinggi (biasanya jauh lebih tinggi daripada tekanan osmotik air laut) untuk mengatasi kecenderungan osmosis alami dan mencapai proses pemisahan terbalik.
Peralatan desalinasi air laut biasanya terdiri dari unit pra-perawatan, unit bertekanan, unit pemisahan membran, dan unit pasca{0}}pengolahan. Bagian pra-perawatan menghilangkan padatan tersuspensi dan bahan organik melalui penyaringan pasir, ultrafiltrasi, atau pemberian dosis kimia untuk mencegah pengotoran membran. Unit bertekanan didukung oleh-pompa bertekanan tinggi. Unit pemisahan membran adalah intinya, menggunakan beberapa bejana bertekanan yang dihubungkan secara seri dan paralel untuk mencapai-pemrosesan skala besar. Pasca-pengolahan digunakan untuk menyesuaikan pH, melakukan mineralisasi, atau mendisinfeksi, memastikan air yang diproduksi memenuhi standar air minum.
Sistem desalinasi air laut memberikan penekanan khusus pada pemulihan energi dan peningkatan efisiensi. Misalnya, perangkat pemulihan energi (ERD) digunakan untuk memulihkan energi tekanan dari air garam pekat untuk mengurangi konsumsi energi secara keseluruhan. Secara bersamaan, dengan mengoptimalkan pengaturan membran, mengendalikan tingkat pemulihan, dan mengurangi pengotoran membran, stabilitas operasional sistem dan efisiensi ekonomi dapat lebih ditingkatkan. Secara keseluruhan, desain peralatan desalinasi air laut Reverse osmosis pada dasarnya adalah "sistem pemisahan selektif yang digerakkan oleh tekanan tinggi", dengan mempertimbangkan kualitas air, konsumsi energi, dan-stabilitas operasional jangka panjang.