Бактериите са често срещани микробни замърсители във водата, обикновено с размери от 0,5 до 5 микрометра. Мембраните за обратна осмоза с размер на порите приблизително 0,1 нанометра са много по-малки от бактериите. Мембраните за обратна осмоза могат директно да улавят бактериите чрез физическо пресяване, предотвратявайки преминаването им през порите на мембраната. Бактериалните повърхности често носят електрически заряд, а мембранните материали за обратна осмоза също могат да притежават известен електрически заряд. Чрез взаимодействието на заряда мембраната може допълнително да адсорбира или отблъсква бактериите, повишавайки ефективността на отстраняване.
Проучванията показват, че мембраните за обратна осмоза обикновено имат висока степен на отстраняване на бактерии и могат значително да намалят риска от микроорганизми във водата. Важно е да се отбележи, че мембраните за обратна осмоза не са добре-известна стерилна бариера, но тяхната висока ефективност при практически приложения е широко потвърдена.