Jūros vandens gėlinimo įrangos projektavimo principas pagrįstas selektyviu pusiau{0}}pralaidžių membranų pralaidumu. Esant aukštam slėgiui, jūros vanduo išstumiamas per atvirkštinio osmoso membraną. Vandens molekulės praeina per membranos poras, kad susidarytų gėlas vanduo, o druskos jonai ir kitos ištirpusios priemaišos sulaikomos ir išleidžiamos kaip koncentruotas sūrymas. Todėl sistemos projektavimo raktas yra pakankamai aukšto darbinio slėgio nustatymas (dažniausiai daug didesnis nei jūros vandens osmosinis slėgis), kad būtų įveikta natūrali osmoso tendencija ir būtų pasiektas atvirkštinio atskyrimo procesas.
Jūros vandens gėlinimo įrangą paprastai sudaro pirminio apdorojimo blokas, slėgio didinimo įrenginys, membranos atskyrimo įrenginys ir tolesnio{0}}apdorojimo įrenginys. Pirminio apdorojimo sekcija pašalina suspenduotas kietąsias medžiagas ir organines medžiagas filtruojant smėliu, ultrafiltruojant arba dozuojant chemines medžiagas, kad būtų išvengta membranos užsiteršimo. Slėgio bloką maitina aukšto -slėgio siurblys. Membraninio atskyrimo įrenginys yra šerdis, naudojant kelis nuosekliai ir lygiagrečiai sujungtus slėginius indus, kad būtų galima apdoroti dideliu mastu. Po{7}}apdorojimas naudojamas pH reguliuoti, mineralizuoti arba dezinfekuoti, užtikrinant, kad pagamintas vanduo atitiktų geriamojo vandens standartus.
Jūros vandens gėlinimo sistemose ypatingas dėmesys skiriamas energijos atgavimui ir efektyvumo didinimui. Pavyzdžiui, energijos atgavimo įrenginys (ERD) naudojamas slėgio energijai iš koncentruoto sūrymo atgauti, kad būtų sumažintas bendras energijos suvartojimas. Tuo pat metu optimizuojant membranų išdėstymą, kontroliuojant regeneravimo greitį ir sumažinant membranos užsiteršimą, galima dar labiau pagerinti sistemos veikimo stabilumą ir ekonominį efektyvumą. Apskritai atvirkštinio osmoso jūros vandens gėlinimo įrangos konstrukcija iš esmės yra „atrankinio atskyrimo sistema, veikiama aukšto slėgio“, atsižvelgiant į vandens kokybę, energijos sąnaudas ir ilgalaikį veikimo stabilumą.