從咸水（含鹽量幾千～1萬毫克/升）或海水（平均含鹽量3.5萬毫克/升）脫去鹽分以制取生活飲用水及生產用水的方法。比較成熟的生產方法有四種：
蒸餾法 蒸發咸水，冷凝其蒸汽即得淡水，是當前咸水淡化的主要方法。有豎管蒸餾、多級急驟蒸餾、蒸汽壓縮蒸餾、太陽能蒸餾。其中多級急驟蒸餾法，由於經濟效益好（該法便於利用發電廠的廢熱），技術較成熟，淡水產量居於首位。目前，許多國傢的海水淡化規則，，多以發展發電和淡化雙重效用的工廠為目標。以蒸汽作為能源的蒸餾法的缺點是，設備腐蝕與結垢問題比較嚴重。太陽能蒸餾是最古老的咸水淡化方法，設備簡單，但占地面積大，單位面積產水量低，適用於日照時間長的缺水地區。
反滲透法 特點是常溫下操作，無相變發生，結垢與腐蝕較小。目前采用的操作壓力比理論值大得多，開發新的低壓高效率的反滲透技術是今後的發展方向。反滲透法被認為是一種最有前途的咸水淡化技術。
電滲析法 用於淡化含鹽量低於5000毫克／升的咸水，在經濟上較為合理。
冷凍法 咸水結冰時，隻有純水呈冰晶析出，而鹽分則被排除在冰晶之外，取出冰晶並洗滌、融化即得淡水。冷凍法有自然冷凍和人工冷凍兩種。前者利用冬季時咸水自然結冰。後者以正丁烷為冷凍劑，間接冷凍咸水，使之結冰，或以水本身為冷凍劑，直接冷凍咸水，使之結冰。人工冷凍法目前仍處於中、小型試驗階段，尚無大規模的生產應用。