En omvendt osmosemembran er en kunstig semi-permeabel membran med spesifikke egenskaper, som etterligner en biologisk semi-permeabel membran. Det er kjernekomponenten i omvendt osmoseteknologi. Prinsippet for omvendt osmose er at under trykk høyere enn det osmotiske trykket til løsningen, skilles stoffer som ikke kan passere gjennom den semi-permeable membranen fra vann. Membranporene til en omvendt osmosemembran er ekstremt små, og fjerner dermed effektivt oppløste salter, kolloider, mikroorganismer og organisk materiale fra vann. Systemet gir fordeler som god vannkvalitet, lavt energiforbruk, ingen forurensning, enkel prosess og enkel betjening.
Omvendt osmosemembranen er kjernekomponenten for å oppnå omvendt osmose; det er en kunstig semi-permeabel membran med spesifikke egenskaper, som etterligner en biologisk semi-permeabel membran. Den er vanligvis laget av polymere materialer, for eksempel celluloseacetatmembraner, aromatiske polyhydrazidmembraner og aromatiske polyamidmembraner. Diameteren på overflatemikroporene er generelt mellom 0,5 og 10 nm, og permeabiliteten er relatert til membranens kjemiske struktur. Noen polymermaterialer har god saltavstøtende evne, men dårlig vanngjennomtrengning. Andre polymere materialer har mer hydrofile grupper i sin kjemiske struktur, noe som resulterer i relativt raskere vanngjennomtrengning. Derfor bør en tilfredsstillende omvendt osmosemembran ha en passende permeatstrømningshastighet eller avsaltningshastighet.