Prinsip reka bentuk peralatan penyahgaraman air laut adalah berdasarkan kebolehtelapan terpilih membran separa-telap. Di bawah tekanan tinggi, air laut dipaksa melalui membran osmosis songsang. Molekul air melalui liang membran untuk membentuk air tawar, manakala ion garam dan kekotoran terlarut lain dikekalkan dan dibuang sebagai air garam pekat. Oleh itu, kunci kepada reka bentuk sistem ialah mewujudkan tekanan operasi yang cukup tinggi (biasanya lebih tinggi daripada tekanan osmotik air laut) untuk mengatasi kecenderungan osmosis semula jadi dan mencapai proses pemisahan terbalik.
Peralatan penyahgaraman air laut biasanya terdiri daripada unit prarawatan, unit tekanan, unit pengasingan membran dan unit-pasca rawatan. Bahagian prarawatan mengeluarkan pepejal terampai dan bahan organik melalui penapisan pasir, ultrafiltrasi, atau dos kimia untuk mengelakkan kekotoran membran. Unit tekanan dikuasakan oleh pam-tekanan tinggi. Unit pemisah membran ialah teras, menggunakan berbilang bekas tekanan yang disambungkan secara bersiri dan selari untuk mencapai-pemprosesan berskala besar. Rawatan selepas-digunakan untuk melaraskan pH, mineralisasi atau membasmi kuman, memastikan air yang dihasilkan memenuhi piawaian air minuman.
Sistem penyahgaraman air laut memberi penekanan khusus pada pemulihan tenaga dan peningkatan kecekapan. Sebagai contoh, peranti pemulihan tenaga (ERD) digunakan untuk memulihkan tenaga tekanan daripada air garam pekat untuk mengurangkan penggunaan tenaga secara keseluruhan. Pada masa yang sama, dengan mengoptimumkan susunan membran, mengawal kadar pemulihan, dan mengurangkan kekotoran membran, kestabilan operasi sistem dan kecekapan ekonomi boleh dipertingkatkan lagi. Secara keseluruhannya, reka bentuk peralatan penyahgaraman air laut osmosis songsang pada asasnya ialah "sistem pemisahan terpilih yang didorong oleh tekanan tinggi", dengan mengambil kira kualiti air, penggunaan tenaga dan kestabilan operasi-jangka panjang.