Công nghệ này dựa trên nguyên lý thẩm thấu - là sự dịch chuyển tự nhiên của nước từ vùng có nồng độ chất tan thấp qua một màng thẩm thấu tới khu vực có nồng độ cao hơn. Màng thẩm thấu có tác dụng ngăn luồng nước làm 2, một bên là nước sạch và bên kia là nước biển mặn. Sự dịch chuyển tự nhiên của dòng nước sẽ đẩy phần nước sạch về phía phần nước biển, làm loãng và trung hòa nồng độ muối.

Tuy nhiên, đối với đa số nhà máy điện lọc nước biển hiện nay thì công nghệ mới này lại hoạt động theo cơ chế “thẩm thấu ngược” (reverse osmosis), trong đó nước sẽ dịch chuyển từ nơi có nồng độ chất tan cao đến nơi có nồng độ thấp hơn. Trong cơ chế này, một luồng áp suất lớn sẽ tác động lên phần nước biển và gây ra hiện tượng thẩm thấu ngược, khiến phần nước biển di chuyển về phía nước sạch. Trong quá trình di chuyển này, muối đã bị loại bỏ ra khỏi nước. Ưu điểm của phương pháp này là có thể loại bỏ được lượng muối và khoáng chất có trong nước biển. Tuy nhiên, hiệu quả loại bỏ không cao và chi phí cho tạo áp suất lớn rất lớn.

Giáo sư Reese, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết ống nano cacbon có khả năng thẩm thấu cao gấp 20 lần các loại màng thẩm thấu ngược hiện đại đang có mặt trên thị trường, do đó sẽ giúp tiết kiệm chi phí và năng lượng cần cho quá trình khử muối. Ngoài ra, ống nano cacbon cũng rất hiệu quả trong việc đẩy lùi các ion muối nhờ các nhóm hóa học trong ống bám chặt vào ion muối và tạo thành kết cấu “màng ngăn” (gatekeeper).