Il sale viene rimosso dall'acqua di mare da diverse varietà di due processi fondamentali: la distillazione, che viene anche definita "termica" e l'osmosi inversa, che viene anche chiamata "membrana". La distillazione comporta la bollitura acqua di mare fino a quando non evapora, lasciando il sale dietro, e quindi permettendo al vapore acqueo di condensare e raccogliere altrove. L'osmosi inversa utilizza la pressione per forzare l'acqua di mare contro un filtro specializzato o una membrana semipermeabile con aperture troppo piccole per consentire il passaggio del sale disciolto.
I processi di distillazione utilizzati per la desalinizzazione includono il metodo flash multi-stadio, la distillazione multi-effetto e la distillazione a compressione di vapore. I processi a membrana comprendono l'osmosi inversa, l'elettrodialisi e l'inversione dell'elettrodialisi. La distillazione flash multistadio e l'osmosi inversa rappresentano la maggior parte dei metodi di dissalazione in uso in tutto il mondo. Il più grande impianto di desalinizzazione del mondo, un impianto integrato di alimentazione e acqua, è in Arabia Saudita. La parte più grande di una fornitura di acqua domestica prodotta dalla dissalazione dell'acqua di mare, a circa il 40%, è in Israele.
Sia la distillazione che i metodi di dissalazione ad osmosi inversa sono costosi. Viene utilizzata una grande quantità di energia elettrica, con la classificazione della distillazione come maggiore consumatore di energia. La cogenerazione è una possibile soluzione al problema dei costi che applica il calore in eccesso prodotto da una centrale elettrica a un processo aggiuntivo, come la desalinizzazione, in una struttura a doppio scopo. La maggior parte delle centrali di cogenerazione che producono acqua potabile dall'acqua di mare sono in Nord Africa o in Medio Oriente dove abbondanti riserve di petrolio aiutano a compensare la scarsa accessibilità dell'acqua potabile.
