ראשית, למרות ששני סוגי מטהרי המים יכולים לטהר זיהומי מים, עקרונות הטיהור שלהם אינם זהים. מטהר המים של RO אוסמוזה הפוכה מצויד בממברנת RO אוסמוזה הפוכה בפנים. תחת פעולת לחץ, מים יכולים לעבור דרך ממברנת ה-RO, בעוד זיהומים כגון מלחים אנאורגניים, יוני מתכות כבדות, חיידקים ווירוסים נחסמים על ידי קרום האוסמוזה ההפוכה.

מטהרי מים עם סינון אולטרה מטהרים את מקור המים באמצעות קרום הסינון הפנימי שלהם. תחת דחיפה של הפרש לחץ, מקור המים יכול לעבור דרך שכבת הממברנה הזו ולסנן זיהומים.

לשני סוגי מטהרי המים, המשתמשים בשיטות טיהור שונות, יש הבדלים מסוימים בדייקנות הטיהור בהתאם לעקרונותיהם. למטהר המים של RO אוסמוזה הפוכה יש קרום RO בפנים, והנקבוביות של הממברנה הזו קטנות כמו רמת הננומטר. אפילו וירוסים וחיידקים זעירים גדולים פי אלפי מונים מהנקבוביות של קרום ה-RO. לכן, המים העוברים דרך ממברנת ה-RO מכילים בעצם רק מים וללא אלמנטים אחרים, ואת המים המסוננים ניתן לשתות ישירות או להרתיח.

לטיהור המים עם סינון אולטרה יש ממברנת סינון אולטרה בפנים, וטווח דיוק גודל הנקבוביות של קרום סינון זה הוא 0.01~0.001 מיקרומטר, שהוא בסדר גודל אחד גדול מזה של מטהר המים RO אוסמוזה הפוכה. יחד עם זאת, קרום האולטרה-פילטרציה לא רק מאפשר למים לעבור דרכו אלא גם מאפשר לכמה חומרים מולקולריים קטנים עם נפחים קטנים יותר לעבור דרכם, כמו כמה יסודות מינרליים.