La membrana osmotica è composta da diversi fogli sottili di pellicola pressati tra di loro (sottile pellicola composita - TFC) e disposti a spirale intorno ad un tubo di plastica. Il materiale della membrana è semipermeabile: permette il passaggio delle molecole d'acqua mentre agisce da barriera per i solidi disciolti (contaminanti chimici minerali).

Quando il flusso dell'acqua viene a contatto con la superficie della membrana, le molecole d'acqua penetrano la stessa facendosi strada attorno alla spirale, per raccogliersi al centro del tubo. I contaminanti rimasti sulla superficie della membrana, vengono risciacquati ed espulsi dallo scarico. 

La membrana osmotica fa quindi da filtro al passaggio dell’acqua, costituendo non solo una barriera fisica ma anche chimica, poiché permette il passaggio solamente alle molecole che sono simili a quelle dell’acqua. Perché l’acqua passi attraverso la membrana è necessario che essa venga spinta, e la pressione necessaria perché ciò avvenga è detta pressione osmotica. La membrana trattiene dal 95 al 99% delle particelle solide disciolte nell’acqua e il 99% dei batteri eventualmente presenti in essa.