Le sel est extrait de l'eau de mer par différentes variétés de deux procédés de base : la distillation, également appelée « thermique », et l'osmose inverse, également appelée « membrane ». La distillation consiste à faire bouillir l'eau de mer jusqu'à ce qu'elle s'évapore, laissant le sel derrière, puis permettant à la vapeur d'eau de se condenser et de s'accumuler ailleurs. L'osmose inverse utilise la pression pour forcer l'eau de mer contre un filtre spécialisé ou une membrane semi-perméable avec des ouvertures trop petites pour permettre le passage du sel dissous.
Les procédés de distillation utilisés pour le dessalement comprennent la méthode flash à plusieurs étapes, la distillation à effets multiples et la distillation par compression de vapeur. Les procédés membranaires comprennent l'osmose inverse, l'électrodialyse et l'inversion de l'électrodialyse. La distillation éclair en plusieurs étapes et l'osmose inverse représentent la majorité des méthodes d'usine de dessalement utilisées dans le monde. La plus grande usine de dessalement au monde, une installation intégrée d'électricité et d'eau, se trouve en Arabie saoudite. La plus grande partie de l'approvisionnement en eau domestique produite par le dessalement de l'eau de mer, à environ 40 %, se trouve en Israël.
Les méthodes de distillation et de dessalement par osmose inverse sont toutes deux coûteuses. Une grande quantité d'énergie électrique est utilisée, la distillation étant la plus grande consommatrice d'énergie. La cogénération est une solution possible au problème des coûts qui applique la chaleur excédentaire produite par une centrale électrique à un procédé supplémentaire, tel que le dessalement, dans une installation à double usage. La majorité des centrales de cogénération produisant de l'eau potable à partir d'eau de mer se trouvent en Afrique du Nord ou au Moyen-Orient où d'abondantes réserves pétrolières permettent de pallier l'accessibilité limitée à l'eau potable.
