در این فرآیندها آب شور با اعمال فشار از غشاهای نانومتری عبور داده میشود.
این غشاها مانند یک فیلتر عمل میکنند و با جدا کردن ذرات ناخالصی موجود در آب، آن را شیرین میکنند. آب تولیدی این فرایند کیفیتی نزدیک به آب شرب دارد .اسمز معکوس که نوعی روش نمکزدایی غشایی است متداولترین روش نمکزدایی در جهان به شمار میرود.
مزیت این روش نسبت به روشهای حرارتی این است که برای شیرینسازی آب به انرژی حرارتی نیازی ندارد هر چند برق بیشتری مصرف میکند. عدم نیاز به املاح افزودنی نیز از دیگر مزایای این روش است.