اسمز معکوس می‌تواند هم برای خالص‌سازی و تصفیه آب و هم برای تغلیظ و بازیافت جامدات حل‌شده در آب خوراک (که آب‌زدایی نامیده می‌شود) مورد استفاده قرار گیرد. عمومی‌ترین کاربرد RO تعویض یونی، شامل نرم کردن آب با استفاده از سدیم، جهت تخلیص آب مصرفی مورد نیاز برای بویلرهای با فشار کم تا متوسط، می‌باشد . کیفیت آب تولیدی از RO به‌گونه‌ای است که می‌تواند در چنین فشارهایی به‌طور مستقیم برای تامین آب جبرانی بویلر مورد استفاده قرار گیرد. برای بویلرهای با فشار بالاتر و مولدهای بخار، سیستم RO را می‌توان به‌‌صورت یک پیش‌تصفیه جهت سیستم تعویض یونی دارای دو بستر (دو ستون مبادله‌کننده) یا یک بستر مختلط (میکس‌بد)، به سیستم تعویض یونی متصل نمود . استفاده از RO قبل از سیستم تبادل یونی می‌تواند به مقدار قابل ملاحظه‌ای زمان تناوب احیای رزینی را کاهش دهد، همچنین مقدار اسید، باز و پساب ناشی از عملیات احیا را که باید مورد استفاده قرار گرفته و ذخیره گردد را شدیداً کم می‌کند. در برخی شرایط، یک واحد RO ثانویه می‌تواند جایگزین سیستم تبادل یونی گردد تا آب خالص بیشتری از یک واحد RO تولید شود.
"گستره‌ی فیلتراسیون" جهت مقایسه‌ی ظرفیت‌های دفع در روش اسمز معکوس با دیگر فن‌آوری‌های مبتنی بر ممبرین و نیز با روش‌های حاصل از فیلتراسیون متعارف
سیال خروجی از RO می‌تواند به‌طور مستقیم مورد استفاده قرار گیرد یا در برخی مواقع توسط سیستم تبادل یونی میکس‌بد نرم شود و یا این‌که برای خالص‌سازی بیشتر آب تولیدی، به‌طور پیوسته تحت عمل یونیزاسیون الکتریکی قرار گیرد.
دیگر کاربردهای عمومی RO عبارتند از:
1- نمک‌زدایی از آب دریا و آب لب‌شور برای تولید آب آشامیدنی. این کار در مناطق ساحلی و خاورمیانه که تهیه‌ی آب تازه مشکل می‌باشد، عمومیت زیادی دارد.
2- تولید آب فوق‌خالص برای صنایع میکروالکترونیک.
3- تولید آب با خلوص بالا جهت صنایع داروسازی.
4- تولید آب فرآیندی برای صنایع نوشابه‌سازی و نوشیدنی ها.
5- فرآیند محصولات لبنی.
6- تغلیظ مواد شیرین‌کننده‌ی غلات
7- تصفیه‌ی پساب برای بازیافت مواد مصرفی در فرآیند، مانند فلزات در صنایع فلزکاری و رنگ‌های استفاده شده در فرآیند پارچه‌بافی.
8- بازیافت آب از فاضلاب شهری و صنعتی.