海水淡化的方法很多，能做到大型化和产业化的主要是膜法和热法。
膜法又称为反渗透法，它是利用了渗透压的原理。淡水侧和海水（盐水）侧用膜隔开，在正常情况下，淡水会向海水侧渗透，如果向海水侧施加的压力大于渗透压，可以使海水中的水分子向淡水侧渗透，其它则被膜隔绝。国内做膜法的公司很多，但膜法海水淡化系统中的关键设备基本被国外公司垄断，如反渗透膜、高压泵、能量回收装置等。
热法常用的又分为蒸馏法和闪蒸法。蒸馏法一般为低温多效蒸馏，它的主设备称为蒸发器。在蒸发器中，海水被蒸汽加热至饱和温度，并蒸发出部分水蒸汽，水蒸汽凝结后即是淡水。闪蒸法是通过闪蒸的原理，即海水从压力高的环境至压力低的环境会闪蒸出一部分蒸汽，将这部分蒸汽凝结后即是淡水。国内能做热法海水淡化的厂家很少，有上海电气、天津海淡所等，但是能做到万吨级（日产水量10000吨）以上并拥用实际运行业绩的目前只有上海电气。