1、蒸馏法：实用的大规模蒸馏设备为多级闪急蒸馏和多效多级闪急蒸馏。所谓闪急蒸馏（以下简称闪蒸）是利用海水本身在降温时放出的显热来供给水蒸发时所需的热量。闪蒸过程是在一个压力低于与水温相应的蒸汽压的室内实现的。若将闪蒸室一个个连接起来，且一个比一个压力低，则海水每从一个压力较高的闪蒸室流向压力较低的闪蒸室时就蒸发一部分水，而冷凝用的海水逆向上行，回收热量。这样就实现了多级闪蒸。在一个室中产生的蒸汽在下一个室中冷凝，其汽化潜热用作下一室加热的热源，那么每个室就叫做一效。多效和多级相结合的海水淡化法就是多效多级闪蒸法。它既保留了闪蒸法结构简单的特点，同时也保留了多效法的高效率的优点。用太阳能作热源的蒸馏法适用于小型的供水。
2、电渗析法：在电动势的作用下，通过离子选择性隔膜使溶质迁移的操作称为电渗析。它可用于制备淡水亦可用来浓缩盐水。阴、阳离子选择性膜有均相、异相、半均相三种。一般用于海水淡化用的离子选择性膜是强酸性的阳离子选择性膜和强碱性阴离子选择性膜。
3、反渗透法：若用一半透膜将一浓溶液和一稀溶液隔开，则稀溶液的溶剂有向浓溶液渗透的倾向。其倾向的大小以渗透压来度量。渗透压的大小与二溶液的浓度有关。若在浓溶液一侧施加一大于渗透压的压力，则浓溶液的溶剂能向稀溶液一侧渗透，即为反渗透。反渗透脱盐率与半透膜的性质有关，其淡水的透过速率和膜性质、操作压力等参数有关。用于海水淡化的半透膜材料通常是三醋酸纤维素。为了得到较大的产水量，单位容积的淡化器中填充的膜面积必须尽量地大。实际使用时采用二种型式：一种是将膜做成中空的纤维；一种是将一长条膜卷成筒状。前者叫中空纤维式，后者叫卷式。