Pagrindinė atvirkštinio osmoso membranų funkcija yra efektyviai atskirti vandenį ir ištirpusias medžiagas naudojant aukšto slėgio Pagrindinis jo principas – panaudoti pusiau-pralaidžią membraną, leidžiančią tik vandens molekulėms prasiskverbti, tuo pačiu blokuodama ištirpusias druskas, sunkiųjų metalų jonus, organines medžiagas ir mikroorganizmus, taip užtikrinant gilų valymą.
Vandens valymo metu atvirkštinio osmoso membranos gali žymiai sumažinti TDS (visą ištirpusių kietųjų dalelių), kietumą ir sunkiųjų metalų kiekį vandenyje, paversdamos žaliavinį vandenį į geriamą gryną vandenį. Ši funkcija plačiai naudojama buitiniuose vandens valytuvuose, pramoninėje gryno vandens gamyboje ir laboratorinėse itin gryno vandens sistemose, ypač tinka esant prastos vandens kokybės ar aukštų grynumo reikalavimų scenarijams.
Pramonėje atvirkštinio osmoso membranos naudojamos ne tik vandens gamybai, bet ir stabiliam technologinio vandens tiekimui. Pavyzdžiui, elektronikos pramonei reikalingas itin grynas vanduo lustų valymui, energetikos pramonei – katilų tiekimo vanduo, o chemijos pramonėje – tirpiklių ir tirpalų atskyrimui bei koncentravimui. Stabilios gėlinimo galimybės užtikrina gamybos procesų stabilumą ir gaminių kokybę.
Be to, atvirkštinio osmoso membranos taip pat turi išteklių atkūrimo ir aplinkos apsaugos funkcijas. Valant nuotekas, tai gali leisti giliai pakartotinai panaudoti nuotekas ir sumažinti išmetamų teršalų kiekį; gėlinant jūros vandenį, jis gali paversti jūros vandenį gėlo vandens ištekliais. Didėjant vandens ir aplinkos apsaugos reikalavimams, šios funkcijos taikymas toliau plečiasi visame pasaulyje.