समुद्री जल अलवणीकरण उपकरण का डिज़ाइन सिद्धांत अर्ध पारगम्य झिल्लियों की चयनात्मक पारगम्यता पर आधारित है। उच्च दबाव में, समुद्री जल को रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली के माध्यम से मजबूर किया जाता है। पानी के अणु ताजा पानी बनाने के लिए झिल्ली छिद्रों से गुजरते हैं, जबकि नमक आयन और अन्य घुली हुई अशुद्धियाँ बरकरार रहती हैं और सांद्र नमकीन पानी के रूप में उत्सर्जित होती हैं। इसलिए, सिस्टम डिज़ाइन की कुंजी प्राकृतिक ऑस्मोसिस प्रवृत्ति पर काबू पाने और रिवर्स पृथक्करण प्रक्रिया को प्राप्त करने के लिए पर्याप्त उच्च ऑपरेटिंग दबाव (आमतौर पर समुद्री जल के आसमाटिक दबाव से बहुत अधिक) स्थापित करना है।
समुद्री जल अलवणीकरण उपकरण में आम तौर पर एक पूर्व-उपचार इकाई, एक दबाव इकाई, एक झिल्ली पृथक्करण इकाई और एक पोस्ट{0}}उपचार इकाई शामिल होती है। प्रीट्रीटमेंट अनुभाग झिल्ली की गंदगी को रोकने के लिए रेत निस्पंदन, अल्ट्राफिल्ट्रेशन या रासायनिक खुराक के माध्यम से निलंबित ठोस पदार्थों और कार्बनिक पदार्थों को हटा देता है। दबाव इकाई एक उच्च दबाव पंप द्वारा संचालित होती है। झिल्ली पृथक्करण इकाई मुख्य है, जो बड़े पैमाने पर प्रसंस्करण प्राप्त करने के लिए श्रृंखला और समानांतर में जुड़े कई दबाव वाहिकाओं का उपयोग करती है। पोस्ट - उपचार का उपयोग पीएच को समायोजित करने, खनिज बनाने या कीटाणुरहित करने के लिए किया जाता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि उत्पादित पानी पीने के पानी के मानकों को पूरा करता है।
समुद्री जल अलवणीकरण प्रणाली ऊर्जा पुनर्प्राप्ति और दक्षता में सुधार पर विशेष जोर देती है। उदाहरण के लिए, समग्र ऊर्जा खपत को कम करने के लिए संकेंद्रित नमकीन पानी से दबाव ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने के लिए एक ऊर्जा पुनर्प्राप्ति उपकरण (ईआरडी) का उपयोग किया जाता है। इसके साथ ही, झिल्ली व्यवस्था को अनुकूलित करके, पुनर्प्राप्ति दर को नियंत्रित करके और झिल्ली की गंदगी को कम करके, सिस्टम की परिचालन स्थिरता और आर्थिक दक्षता में और सुधार किया जा सकता है। कुल मिलाकर, रिवर्स ऑस्मोसिस समुद्री जल अलवणीकरण उपकरण का डिज़ाइन अनिवार्य रूप से एक "उच्च दबाव द्वारा संचालित चयनात्मक पृथक्करण प्रणाली" है, जो पानी की गुणवत्ता, ऊर्जा खपत और दीर्घकालिक परिचालन स्थिरता को ध्यान में रखता है।