La ósmosis inversa es capaz de eliminar hasta el 99 % o más de las sales disueltas (iones), partículas, coloides, materia orgánica, bacterias y pirógenos del agua de alimentación (aunque no se debe confiar en que un sistema de ósmosis inversa elimine el 100 % de las bacterias y los virus). Una membrana de ósmosis inversa rechaza los contaminantes en función de su tamaño y carga. Cualquier contaminante con un peso molecular superior a 200 probablemente será rechazado por un sistema de ósmosis inversa que funcione correctamente (a modo de comparación, una molécula de agua tiene un peso molecular de 18). Del mismo modo, cuanto mayor sea la carga iónica del contaminante, menor será la probabilidad de que no pueda atravesar la membrana de ósmosis inversa. Por ejemplo, un ion sodio tiene una sola carga (monovalente) y no es rechazado por la membrana de ósmosis inversa, al igual que el calcio, que tiene dos cargas. Asimismo, por esta razón, un sistema de ósmosis inversa no elimina bien gases como el CO2, ya que no están altamente ionizados (cargados) en solución y tienen un peso molecular muy bajo. Debido a que un sistema de ósmosis inversa no elimina los gases, el agua permeada puede tener un nivel de pH ligeramente inferior al normal, dependiendo de los niveles de CO2 en el agua de alimentación, ya que el CO2 se convierte en ácido carbónico.

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