1、蒸餾法：實用的大規模蒸餾設備為多級閃急蒸餾和多效多級閃急蒸餾。所謂閃急蒸餾（以下簡稱閃蒸）是利用海水本身在降溫時放出的顯熱來供給水蒸發時所需的熱量。閃蒸過程是在一個壓力低於與水溫相應的蒸汽壓的室內實現的。若將閃蒸室一個個連接起來，且一個比一個壓力低，則海水每從一個壓力較高的閃蒸室流向壓力較低的閃蒸室時就蒸發一部分水，而冷凝用的海水逆向上行，回收熱量。這樣就實現瞭多級閃蒸。在一個室中產生的蒸汽在下一個室中冷凝，其汽化潛熱用作下一室加熱的熱源，那麼每個室就叫做一效。多效和多級相結合的海水淡化法就是多效多級閃蒸法。它既保留瞭閃蒸法結構簡單的特點，同時也保留瞭多效法的高效率的優點。用太陽能作熱源的蒸餾法適用於小型的供水。
2、電滲析法：在電動勢的作用下，通過離子選擇性隔膜使溶質遷移的操作稱為電滲析。它可用於制備淡水亦可用來濃縮鹽水。陰、陽離子選擇性膜有均相、異相、半均相三種。一般用於海水淡化用的離子選擇性膜是強酸性的陽離子選擇性膜和強堿性陰離子選擇性膜。
3、反滲透法：若用一半透膜將一濃溶液和一稀溶液隔開，則稀溶液的溶劑有向濃溶液滲透的傾向。其傾向的大小以滲透壓來度量。滲透壓的大小與二溶液的濃度有關。若在濃溶液一側施加一大於滲透壓的壓力，則濃溶液的溶劑能向稀溶液一側滲透，即為反滲透。反滲透脫鹽率與半透膜的性質有關，其淡水的透過速率和膜性質、操作壓力等參數有關。用於海水淡化的半透膜材料通常是三醋酸纖維素。為瞭得到較大的產水量，單位容積的淡化器中填充的膜面積必須盡量地大。實際使用時采用二種型式：一種是將膜做成中空的纖維；一種是將一長條膜卷成筒狀。前者叫中空纖維式，後者叫卷式。
