Una membrana d'osmosi inversa és una membrana artificial semi-permeable amb característiques específiques, que imita una membrana biològica semi-permeable. És el component bàsic de la tecnologia d'osmosi inversa. El principi de l'osmosi inversa és que, a una pressió superior a la pressió osmòtica de la solució, les substàncies que no poden passar per la membrana semi-permeable es separen de l'aigua. Els porus de la membrana d'una membrana d'osmosi inversa són extremadament petits, eliminant així de manera eficaç les sals dissoltes, els col·loides, els microorganismes i la matèria orgànica de l'aigua. El sistema ofereix avantatges com una bona qualitat de l'aigua, baix consum d'energia, no contaminació, procés senzill i fàcil operació.
La membrana d'osmosi inversa és el component bàsic per aconseguir l'osmosi inversa; és una membrana artificial semi-permeable amb característiques específiques, que imita una membrana biològica semi-permeable. Generalment està fet de materials polimèrics, com membranes d'acetat de cel·lulosa, membranes de polihidrazida aromàtica i membranes de poliamida aromàtica. El diàmetre dels microporus superficials és generalment entre 0,5 i 10 nm, i la permeabilitat està relacionada amb l'estructura química de la membrana. Alguns materials polimèrics tenen una bona repel·lència a la sal però una mala permeació d'aigua. Altres materials polimèrics tenen més grups hidròfils en la seva estructura química, donant lloc a una permeació d'aigua relativament més ràpida. Per tant, una membrana d'osmosi inversa satisfactòria hauria de tenir un cabal de permeat o una velocitat de dessalinització adequada.