Teknologi desalinasi air laut berbasis membran-diwakili oleh osmosis balik. Prinsipnya melibatkan penggunaan tekanan tinggi untuk mendorong air laut melalui membran semi-permeabel, yang memisahkan molekul air dari ion garam. Karena tingginya tekanan osmotik air laut, sistem ini memerlukan pompa bertekanan-tinggi untuk memberikan tekanan yang cukup (biasanya 5–8 MPa), bersama dengan bahan membran dengan laju-desalinasi-yang tinggi (seperti membran poliamida komposit). Keunggulan teknologi ini adalah konsumsi energi yang relatif rendah dan modularitas sistem yang kuat, menjadikannya teknologi arus utama yang paling banyak digunakan secara global.
Teknologi desalinasi air laut termal terutama mencakup multi-stage flash evaporation (MSF) dan multi-effect distillation (MED). Teknologi ini memanaskan air laut untuk menguapkannya, kemudian mengembunkannya menjadi air tawar, sehingga menghasilkan pemisahan air garam. MSF meningkatkan efisiensi melalui evaporasi kilat bertekanan rendah multi-tahap, sementara MED menggunakan evaporator multi-tahap untuk menggunakan kembali energi panas. Teknologi termal cocok untuk diintegrasikan dengan limbah panas pembangkit listrik atau limbah panas industri, namun teknologi ini memiliki konsumsi energi yang tinggi dan memerlukan-peralatan skala besar.
Teknologi baru lainnya termasuk elektrodialisis, osmosis maju, dan proses hibrid. Elektrodialisis menggunakan medan listrik untuk menggerakkan ion melalui-membran penukar ion untuk pemisahan, sehingga cocok untuk pengolahan air-salinitas rendah. Osmosis maju menggunakan perbedaan tekanan osmotik untuk mendorong migrasi air. Proses hibrid menggabungkan metode membran dengan metode termal atau teknologi pretreatment untuk meningkatkan efisiensi dan stabilitas secara keseluruhan.
Pada tingkat rekayasa sistem, teknologi desalinasi air laut juga mencakup teknologi pretreatment dan pemulihan energi yang penting. Misalnya, metode perlakuan awal seperti penyaringan pasir dan ultrafiltrasi mengurangi beban pengotoran dan memperpanjang umur membran; perangkat pemulihan energi (ERD) memulihkan energi tekanan air garam pekat, sehingga secara signifikan mengurangi konsumsi energi pengoperasian. Secara keseluruhan, teknologi desalinasi air laut adalah sistem pengolahan air komprehensif yang berpusat pada osmosis balik dan dilengkapi dengan optimalisasi sinergis dari berbagai proses.