Designprincippet for udstyr til afsaltning af havvand er baseret på den selektive permeabilitet af semi-permeable membraner. Under højt tryk tvinges havvand gennem en omvendt osmosemembran. Vandmolekyler passerer gennem membranporerne for at danne ferskvand, mens saltioner og andre opløste urenheder tilbageholdes og udledes som koncentreret saltlage. Derfor er nøglen til systemdesign at etablere et tilstrækkeligt højt driftstryk (normalt meget højere end havvandets osmotiske tryk) for at overvinde den naturlige osmosetendens og opnå den omvendte separationsprocessen.
Udstyr til afsaltning af havvand består typisk af en forbehandlingsenhed, en trykenhed, en membranseparationsenhed og en efter-behandlingsenhed. Forbehandlingssektionen fjerner suspenderede faste stoffer og organisk materiale gennem sandfiltrering, ultrafiltrering eller kemikaliedosering for at forhindre membranbegroning. Trykenheden drives af en høj-højtrykspumpe. Membranseparationsenheden er kernen, der bruger flere trykbeholdere forbundet i serie og parallelt for at opnå stor-behandling. Efter-behandling bruges til at justere pH, mineralisere eller desinficere for at sikre, at det producerede vand lever op til drikkevandsstandarderne.
Havvandsafsaltningssystemer lægger særlig vægt på energigenvinding og effektivitetsforbedringer. For eksempel bruges en energigenvindingsanordning (ERD) til at genvinde trykenergien fra den koncentrerede brine for at reducere det samlede energiforbrug. Samtidig kan systemets driftsstabilitet og økonomiske effektivitet forbedres yderligere ved at optimere membranarrangementet, kontrollere genvindingshastigheder og reducere membrantilsmudsning. Overordnet set er designet af omvendt osmose-afsaltning af havvand i det væsentlige et "selektivt separationssystem drevet af højt tryk", der tager hensyn til vandkvalitet, energiforbrug og langsigtet driftsstabilitet.