Muối được loại bỏ khỏi nước biển bằng các loại khác nhau của hai quy trình cơ bản: chưng cất, còn được gọi là "nhiệt" và thẩm thấu ngược, còn được gọi là "màng". Chưng cất bao gồm đun sôi nước biển cho đến khi nó bay hơi, để lại muối, và sau đó cho phép hơi nước ngưng tụ và thu thập ở nơi khác. Thẩm thấu ngược sử dụng áp lực để ép nước biển chống lại bộ lọc chuyên dụng hoặc màng bán thấm có lỗ quá nhỏ để cho phép muối hòa tan đi qua.
Các quy trình chưng cất được sử dụng để khử muối bao gồm phương pháp chớp nhiều giai đoạn, chưng cất đa hiệu ứng và chưng cất nén hơi. Quá trình màng bao gồm thẩm thấu ngược, thẩm tách điện và đảo ngược thẩm tách điện. Phương pháp chưng cất nhanh nhiều giai đoạn và thẩm thấu ngược chiếm phần lớn các phương pháp nhà máy khử muối đang được sử dụng trên toàn thế giới. Nhà máy khử muối lớn nhất thế giới, một cơ sở năng lượng và nước tích hợp, nằm ở Ả Rập Xê Út. Phần lớn nhất của nguồn cung cấp nước sinh hoạt được sản xuất bằng cách khử muối trong nước biển, khoảng 40%, là ở Israel.
Cả phương pháp chưng cất và khử mặn thẩm thấu ngược đều đắt tiền. Một lượng lớn năng lượng điện được sử dụng, với xếp hạng chưng cất là tiêu thụ năng lượng lớn hơn. Đồng phát là một giải pháp khả thi cho vấn đề chi phí, áp dụng nhiệt lượng dư thừa do nhà máy điện sản xuất cho một quá trình bổ sung, chẳng hạn như khử muối, trong một cơ sở mục đích kép. Phần lớn các nhà máy điện đồng phát sản xuất nước uống từ nước biển là ở Bắc Phi hoặc Trung Đông, nơi có trữ lượng dầu mỏ dồi dào giúp bù đắp cho khả năng tiếp cận nước uống hạn chế.
