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L'osmosi inversa (abbreviazione: RO, dall'inglese Reverse Osmosis), detta anche iperfiltrazione (abbreviazione: IF), è il processo in cui si forza il passaggio delle molecole di solvente dalla soluzione più concentrata alla soluzione meno concentrata ottenuto applicando alla soluzione più concentrata una pressione maggiore della pressione osmotica. In pratica l'osmosi inversa viene realizzata con una membrana che trattiene il soluto da una parte impedendone il passaggio e permettendo di ricavare il solvente puro dall'altra. Questo fenomeno non è spontaneo e richiede il compimento di un lavoro meccanico pari a quello necessario per annullare l'effetto della pressione osmotica.Questo processo rappresenta la più fine tecnica di filtrazione dell'acqua in quanto non consiste semplicemente in un ostacolo fisico, determinato dalle dimensioni dei pori, al passaggio delle molecole, ma sfrutta la diversa affinità chimica delle specie con la membrana, permettendo infatti il passaggio delle molecole idrofile (o water-like), cioè chimicamente simili all'acqua, ad esempio gli alcoli a catena corta. Dal punto di vista impiantistico il metodo sfrutta il principio della filtrazione tangenziale, come anche altre tecniche separative mediante membrane quali la microfiltrazione, l'ultrafiltrazione e la nanofiltrazione. L'osmosi inversa è utilizzata nel trattamento dell'acqua sia per la desalinizzazione sia per la rimozione di tracce di fosfati, calcio e metalli pesanti, fitofarmaci, materiali radioattivi e di quasi tutte le molecole inquinanti. Negli ultimi anni si costruiscono impianti a "scarico liquido zero" in cui la sezione di osmosi inversa aumenta la concentrazione delle specie chimiche presenti nell'acqua di scarico fino a valori prossimi o superiori alla loro solubilità (soluzioni sovrassature). Nel processo di osmosi inversa vengono usate membrane composite di sottili pellicole (TFC o TFM, Thin Film Composite Membrane). Queste membrane sono semipermeabili e fabbricate principalmente per l'uso nella depurazione delle acque o in sistemi di desalinizzazione. Hanno anche utilizzi in applicazioni chimiche come le batterie e le pile a combustibile. In sostanza un materiale TFC è un setaccio molecolare costruito nella forma di una pellicola di due o più materiali stratificati. Le membrane usate nell'osmosi sono generalmente fatte in poliammide, sostanza scelta principalmente per la sua permeabilità all'acqua e la relativa impermeabilità alle varie impurità disciolte, inclusi gli ioni salini e altre piccole molecole che non possono venire filtrate. Un altro esempio di membrana semipermeabile è quella usata nella dialisi.

La filtrazione è un'operazione unitaria di separazione utilizzata sia in scala di laboratorio sia in scala industriale. È una pratica di laboratorio che può essere utilizzata sia per scopi separativi, volendo eliminare impurezze solide da liquidi o soluzioni, che per scopi sintetici volendo isolare un composto precipitato da una soluzione o cristallizzato. In natura rappresenta un fenomeno comune che riguarda le fonti idriche le cui acque permeano il terreno in cui scorrono: ad esempio le falde profonde sono utilizzate come fonte di approvvigionamento per acqua potabile in quanto risultano purificate da intensa filtrazione. In microbiologia e nella sintesi farmaceutica la filtrazione viene utilizzata come mezzo di disinfezione: utilizzando carta da filtro con diametro dei pori compreso tra 0,22-0,45 μm si riesce a trattenere la quasi totalità dei batteri. Filtri HEPA sono utilizzati dalle cappe di laboratorio e dai sistemi termoidraulici di condizionamento ambientale per purificare l'aria. In ambito industriale la filtrazione sfrutta macchine filtranti operative su vasta scala.