אוסמוזה הינה תהליך של מעבר ממס (סוג של תמיסה, או נכון יותר נוזל כלשהו בו מומסים מלחים, לדוגמא מים) דרך ממברנה או קרום כלשהו (כמו מסננת).  הממס עובר מהצד בו ריכוז המלחים נמוך יותר לצד שבו ריכוז המלחים גבוה יותר על מנת לגרום לאיזון ולריכוז מלחים אחיד בשני הצדדים.  ניסוי ידוע שניתן לבצע בקלות בבית ידגים אוסמוזה.  הניסוי מתבצע על ידי הכנסת ביצה לכוס מי מלח.  התוצאה היא התכווצות הביצה כתוצאה ממעבר של מים מתוך הביצה החוצה, במורד מפל הריכוזים.  כלומר, מתמיסה בעלת ריכוז נמוך של מלחים לתמיסה בעלת ריכוז מלחים גבוה יותר.  

שיטה אפקטיבית לטיהור מים הנמצאת בשימוש כיום עושה שימוש בעיקרון של אוסמוזה.  שיטה זו נקראת אוסמוזה הפוכה.  הכוונה היא להצבת קרום או מסנן חדיר למים בלבד בין שני תאים, או מיכלים של מים במחוברים בינהם.  אותם מיכלים יכילו בהתאמה תמיסת מים בעלת ריכוז גבוה של מלחים, בעוד שהמיכל השני יכיל מים מזוקקים בלבד.  על המיכל המכיל ריכוז מלחים גבוה מופעל לחץ אוסמוטי חיצוני אשר גורם למעבר של מים דרך הקרום או המסנן אל המיכל השני.  במרקה של מטהר הפועל בשיטה זו הקרום מורכב ממסנן מכאני ופחם פעיל אשר מונעים חדירה של כלור, חיידקים, וכימיקלים שונים.  אולם, אוסמוזה הפוכה אינה יעילה במאת האחוזים מאחר והיא מאפשרת מעבר של מים המצטרפים לפולימר הקרום המסנן אשר עובר בדיפוזיה (תהליך מיסוס ההפוך לאוסמוזה- מעבר של מומסים או מלחים לשם איזון, ולא של הממס או המים) לצד השני.

אוסמוזה מתרחשת באופן טבעי במערכות ביולוגיות כמו גוף האדם ודואגת לאיזון המלחים בתאים.  אולם, תהליך אוסמוזה הפוכה למרות יעילותו בסינון המים יותר מכל דרך טיהור אחרת הוא תהליך בזבזני עד מאוד.  בתהליך מתבזבזת כמות של שלושה רבעים לערך מהמים המוכנסים לשם סינון.  במדינת ישראל בה קיים מחסור חמור במקורות מים תהליך זה עשוי להיות בעייתי עקב הבזבוז הרב.  

אוסמוזה הפוכה כתהליך סינון וטיהור מים נוצגה לראשונה בשנת 1959 בלוס אנג'לס.  כעבור שש שנים החל השימוש בשיטה ומאז תפס תאוצה וכיום יש לו שלושה שימושים עיקריים.  אוסמוזה הפוכה משמשת להתפלת מים לשם צרכי חקלאות ושתייה.  באזור אילת נעשה שימוש באוסמוזה הפוכה על מנת להתפיל מים מליחים.  שימוש נוסף נעשה בשיטה בתעשיית המזון והיין.  השימוש השלישי, אשר הופך יותר ויותר נפוץ הוא התקנת מערכת סינון ביתית הפועלת בשיטה זו.