Op membraan-gebaseerde technologie voor de ontzilting van zeewater wordt gebruik gemaakt van omgekeerde osmose. Het principe ervan bestaat uit het gebruik van hoge druk om zeewater door een semi-permeabel membraan te drijven, waardoor watermoleculen worden gescheiden van zoutionen. Vanwege de hoge osmotische druk van zeewater heeft het systeem een hoge-drukpomp nodig om voldoende druk te leveren (doorgaans 5–8 MPa), samen met membraanmaterialen met hoge-ontzilting-snelheid (zoals composietpolyamidemembranen). De voordelen van deze technologie zijn een relatief laag energieverbruik en een sterke systeemmodulariteit, waardoor het wereldwijd de meest gebruikte reguliere technologie is.
Thermische ontziltingstechnologieën voor zeewater omvatten voornamelijk meer-traps flitsverdamping (MSF) en multi-effectdestillatie (MED). Deze technologieën verwarmen zeewater om het te verdampen en condenseren het vervolgens tot zoet water, waardoor pekelscheiding wordt bereikt. Artsen Zonder Grenzen verbetert de efficiëntie door middel van meer-stapsverlaagde-drukverdamping, terwijl MED meer-trapsverdampers gebruikt om warmte-energie te hergebruiken. Thermische technologieën zijn geschikt voor integratie met restwarmte van elektriciteitscentrales of industriële restwarmte, maar vereisen een hoog energieverbruik en vereisen grootschalige apparatuur-.
Andere opkomende technologieën zijn onder meer elektrodialyse, voorwaartse osmose en hybride processen. Elektrodialyse maakt gebruik van een elektrisch veld om ionen door ionenuitwisselingsmembranen te drijven voor scheiding, waardoor het geschikt wordt voor waterbehandeling met een laag{2}}zoutgehalte. Voorwaartse osmose maakt gebruik van osmotisch drukverschil om watermigratie te stimuleren. Hybride processen combineren membraanmethoden met thermische methoden of voorbehandelingstechnologieën om de algehele efficiëntie en stabiliteit te verbeteren.
Op systeemtechnisch niveau omvat de technologie voor de ontzilting van zeewater ook cruciale technologieën voor voorbehandeling en energieterugwinning. Voorbehandelingsmethoden zoals zandfiltratie en ultrafiltratie verminderen bijvoorbeeld de vervuilingsbelasting en verlengen de levensduur van het membraan; Energieterugwinningsapparaten (ERD) recupereren de drukenergie van geconcentreerde pekel, waardoor het energieverbruik tijdens het gebruik aanzienlijk wordt verminderd. Over het geheel genomen is de technologie voor de ontzilting van zeewater een alomvattend waterbehandelingssysteem gericht op omgekeerde osmose en aangevuld door de synergetische optimalisatie van meerdere processen.