Povratna osmoza, znana tudi kot reverzna osmoza, razlika tlaka kot gonilna sila, od ločitve raztopine delovanja ločilne membrane. Tlak se nanese na material membranske strani in ko tlak preseže njegov osmotski tlak, topilo zavrti obratno smer naravnega prepusta. Tako se na nizkotlačni strani membrane dobi permeirano topilo, to je permeirana tekočina; in na zgornji strani tlaka dobimo koncentrirano raztopino, to je koncentrirano tekočino. Če morsko vodo obdelamo z reverzno osmozo, se na niskotlačni strani membrane pridobiva sveža voda in slanica se pridobi na visokotlačni strani.
Reverzna osmoza običajno uporablja asimetrične membrane in kompozitne membrane. Uporabljena oprema za reverzno osmozo, predvsem oprema za ločevanje votlih vlaken ali valjčne membrane.
Membrano reverzne osmoze je mogoče zadržati v vodi različnih anorganskih ionov, koloidnih snovi in soli makromolekul, da dobimo čisto vodo. Lahko se uporablja tudi za predkoncentracijo organskih raztopin makromolekul. Ker je proces reverzne osmoze preprost in nizka poraba energije, se je široko uporabljal v razsoljevanju vode in slane vode (glej slanico), mehčanju kotlov in čiščenju odpadne vode ter v kombinaciji z ionsko izmenjavo za proizvodnjo vode visoke čistosti, njegova uporaba širjenje Začel se uporabljati za koncentracijo mlečnih izdelkov, sadnih sokov in biokemičnih in bioloških sredstev pri ločevanju in koncentraciji.