تشمل محطة تحلية المياه عادة عدة مراحل تعتمد على نوع التقنية المستخدمة ومدى تطبيقها. وفيما يلي نظرة عامة على مراحل عملية تحلية المياه التي يمكن أن تتضمنها محطة تحلية المياه:
1- تهيئة المياه: وتتضمن إزالة المواد الكبيرة والرواسب والشوائب من المياه باستخدام مصافي ومناخل.
2- التخلص من المواد العضوية: وتتضمن إزالة المواد العضوية من المياه باستخدام الأكسدة الحيوية أو الكيميائية.
3- التناضح العكسي: وتتضمن استخدام غشاء شبه نفاذ لترشيح المواد الصلبة والأملاح والجراثيم من المياه.
4- التقطير: وتتضمن استخدام عملية التقطير لتحويل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب.
5- التبادل الأيوني: وتتضمن استخدام عملية تبادل الأيونات لإزالة الأملاح والمعادن الثقيلة من المياه.
6- الترشيح النهائي: وتتضمن استخدام أغشية مرشحة لإزالة المواد الدقيقة والجراثيم الباقية من المياه.
7- تعديل القيمة الحمضية: وتتضمن تعديل مستوى الحموضة أو القلوية لتحقيق التوازن الكيميائي في المياه.
8- إضافة المواد المعدنية: ويمكن إضافة مواد معدنية مثل الكالسيوم والمغنيسيوم لتحسين جودة المياه.
يجب الإشارة إلى أن هذه المراحل تختلف اختلافًا كبيرًا باختلاف التقنية المستخدمة في محطة تحلية المياه، وهناك العديد من الطرق المستخدمة لتحلية المياه التي تختلف في ترتيب المراحل وطريقة التنفيذ والتحكم في عملية التحلية.