Въпреки че технологията на обратната осмоза е доста разпространен метод за пречистване на водата, механизмът на пренос на солите и водата през мембраната продължава да бъде постоянен обект на дискусии. С течение на времето са предложени няколко модела за описание на транспортирането на вода и соли през ОО-мембрана, основните принципи на които ще бъдат кратко описани по-долу.
Най-простият и лесен за разбиране модел на ОО-процес е моделът "сито" или моделът на молекуларно-ситово разделяне. Този модел предполага, че солта и водата се разделят върху мембраната заради разликата във физическите размери на молекулите на водата, солта и размера на порите в мембраната. Повечето хора предпочитат именно този концептуален модел за механизма на пречистване на водата с обратната осмоза. Но следва да отбележим, че в системи, където основната сол е натриев хлорид (кухненска сол), размерите на молекулите на солта (т.е. йоните на натриевия хлорид) и водата са практически еднакви. Следователно този факт позволява да се изключи моделът на "ситовия" механизъм за разделяне на водата.
Друг модел за механизма на транспорта е моделът на дифузионния пренос (споделян от някои изследователи), според който и водата, и разтворените вещества проникват през мембраната чрез дифузия. Според тази концепция водата се задържа на повърхността на мембраната чрез водородни връзки, и този филм пречи на солите да влизат в порите на мембраната. Водата, от своя страна, дифундира от едната страна на мембраната към другата, образувайки там същия бариерен слой. Предполага се, че скоростта на дифузионния транспорт на водата е по-голяма от тази на разтворените вещества.
Накрая, третият модел за транспортиране на йони през ОО-мембрана е капилярно-филтрационния модел за селективна пропускливост. Според този модел, на повърхността и във вътрешността на порите на хидрофилната мембрана, поставена във воден разтвор, се образува слой от свързана вода. Водата може да се свързва с материала на мембраната, например чрез формиране на водородни връзки с хидроксилни или карбоксилни групи на повърхностния слой на мембраната. Свързаната вода, разполагаща с мрежа от ориентирани водородни междумолекуларни връзки, напълно запълва порите на обратноосмотичните мембрани и значително се различава по своите характеристики от водата в свободно състояние. За молекулите и йоните на разтворените вещества тази вода представлява особена фаза, в която те проникват с някакъв коэфициент на разпределение, който може да бъде значително по-малък от единица.
Степента на проникване на йоните в слоя на свързаната вода зависи от хидрофилността на мембраната и хидратиращата способност на йоните.
