عملکرد اصلی غشاهای اسمز معکوس دستیابی به جداسازی موثر آب و املاح از طریق فشار{0} بالا و در نتیجه بدست آوردن آب محصول با خلوص بالا است. اصل اساسی آن استفاده از یک غشای نیمه تراوا است که تنها به مولکول‌های آب اجازه عبور می‌دهد و در عین حال نمک‌های محلول، یون‌های فلزات سنگین، مواد آلی و میکروارگانیسم‌ها را مسدود می‌کند و در نتیجه به تصفیه عمیق دست می‌یابد.
در تصفیه آب، غشاهای اسمز معکوس می توانند به میزان قابل توجهی TDS (کل جامدات محلول)، سختی و محتوای فلزات سنگین در آب را کاهش دهند و آب خام را به آب خالص آشامیدنی تبدیل کنند. این عملکرد به طور گسترده در دستگاه های تصفیه آب خانگی، تولید آب خالص صنعتی و سیستم های آب فوق خالص آزمایشگاهی استفاده می شود، به ویژه برای سناریوهایی با کیفیت آب ضعیف یا نیاز به خلوص بالا مناسب است.
در کاربردهای صنعتی، غشاهای اسمز معکوس نه تنها برای تولید آب بلکه برای تامین پایدار آب فرآیند نیز استفاده می شوند. به عنوان مثال، صنعت الکترونیک به آب فوق خالص برای تمیز کردن تراشه نیاز دارد، صنعت برق به آب تغذیه دیگ بخار نیاز دارد و صنایع شیمیایی از آن برای جداسازی و غلظت حلال و محلول استفاده می کند. قابلیت های پایدار نمک زدایی پایداری فرآیندهای تولید و کیفیت محصول را تضمین می کند.
علاوه بر این، غشاهای اسمز معکوس همچنین دارای عملکردهای بازیابی منابع و حفاظت از محیط زیست هستند. در تصفیه فاضلاب، می تواند استفاده مجدد عمیق از فاضلاب را امکان پذیر کند و انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش دهد. در نمک زدایی آب دریا، می تواند آب دریا را به منابع آب شیرین تبدیل کند. با افزایش تقاضا برای حفظ آب و حفاظت از محیط زیست، کاربرد این عملکرد همچنان در سطح جهانی گسترش می یابد.