海水淡化，又稱海水脫鹽，是指一種水處理技術，利用能源將鹽水分離成兩部份，一部份為含極低的淡水，另一部份則為含高鹽量之鹵水，藉此達到淡化的目的。海水淡化主要用在農業用水及提供飲用水，對於一些缺水的國家，還可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，水質好，迄今全球已有130多個國家和地區採用海水或苦鹹水淡化技術取得淡水。
海水淡化在中東地區最為普遍，如沙特、以色列等中東國家70%的淡水資源均來自海水淡化，美國、日本、西班牙等發達國家也競相發展海水淡化產業，全球海水淡化規模以每年10%以上的速度成長，成為解決水危機的主要途徑。據聯合國2008年公佈的數據，全球超過10億人口居住在水資源稀缺地區，預計到2015年全球海水淡化市場將有近950億美元的商機。
以色列是全球海水淡化規模最大、技術最好的國家，擁有3座大型反滲透海水淡化廠，年產淡水2.3億立方米，全國供水達50%。其中，2010年5月投入使用的哈代拉海水淡化廠年產淡水量達到1.27億立方米，為現有世界最大反滲透海水淡化廠。根據以色列政府規劃，包括索雷科海水淡化廠在內，2013年前將建設兩座大型海水淡化廠。全部工程完成後，海水淡化將滿足全國80%的水資源需求。
沙烏地阿拉伯擁有1260座海水淡化廠，每日產水量近700萬噸，其海水淡化廠數量為全球第二名，但每日產水量為全球第一。
天津是中國大陸較早實施海水淡化的地區之一，擁有153公里海岸線，又是北方最大的工業城市，因此海水淡化與海水綜合利用有著廣闊的市場需求，其技術在國內領先，迄2010年，天津每年的海水淡化能力達到500萬噸，在建項目海水淡化能力達到6,000萬噸，直接利用海水14億噸。
另外，全國最大的海水淡化工程—青島百發海水淡化項目正加快建設，計劃2011年底建成試運行，淡水產能達到每日10萬噸，淡化的水源將直接輸送到自來水市政管網供市民飲用。青島市區現在日消耗淡水量平均在60萬噸，項目建成後可以為城市提供近六分之一的日耗水量，可為50萬青島市民提供每天的生活用水。
據統計，迄2010年初，大陸已建和即將建成的工程累計海水淡化能力約為每日60萬噸，其中天津約為每日20萬噸，佔全國總量的三分之一。青島海水淡化能力若達到每日25萬噸，將直追天津成為國內重要海水淡化產業基地。
海水淡化技術，主要可分為蒸發法和薄膜法兩大類。蒸發法又包括多效蒸發法、多級閃化法和蒸氣壓縮法3種，薄膜法主要有逆滲透法和電透析法兩種。目前全世界海水淡化方法的應用以逆滲透法排名第一，多級閃化法第二名，電透析法占第三名，因此逆滲透法和多級閃化法是海水淡化領域的主流方法。
主要幾項處理技術：
(1)多級閃化：運用蒸餾的原理，在液體達到沸點時將溶液中的水轉變成蒸汽，而與溶解於溶液中的鹽份分離。閃化以減壓方式降低液體沸點，並產生蒸汽，使蒸汽冷凝後即可製得淡水。其製程包含兩個系統，分別為加熱區及閃化區。(能源需求：蒸汽及電能)
(2)蒸汽壓縮技：主要透過導管內的鹽水所產生的蒸汽不被立即單獨冷凝，而是經過壓縮機壓縮至外殼測，讓蒸汽凝結在導管上，同時放出潛熱而蒸發更多的鹽水。能源需求： MVC(電能)、TVC (電能及蒸汽)
(3)多效蒸餾法：利用高溫蒸氣和海水的溫差進行熱交換後，使受熱沸騰而蒸發的海水冷凝並收集而得的淡水。(能源需求：蒸汽及電能)
(4)逆滲透法：利用海水滲透壓的原理，把海水經高壓水泵加壓處理，產生大於滲透壓的壓力，使淡水透過透膜而反滲出來，濃鹽水則由另一端排放出去。(能源需求：電能)
(5)電透析法：利用電力驅動海水中之電解質透過聚陰陽離子選擇性透過薄膜,以達濃縮/淡化溶液之方法，其溶液中離子濃度愈高，所需耗電力愈高。(能源需求：電能)
海水淡化的缺點：
(一)能耗成本：海水淡化的能量損耗是直接決定成本高低的關鍵。所有的淡化製程都需要消耗電能，而多級閃化法和多效蒸發法除了需要電能之外，還需要蒸氣。逆滲透法和蒸氣壓縮法平均耗電量較高，驅動高壓泵的電能是主要的能源消耗。蒸發法為了降低能耗，必須提高造水率，提高造水率就必須增加級數或效數，降低能耗的代價就是增加投資費用。因此設計的造水率有最佳的範圍，必須在造水率和投資費用之間進行適當化設計，才可降低成本。長遠來看，發展大型海水淡化與核能發電結合較為有利。
(二)資源消耗：海水淡化發展所需的工程材料中，以金屬消耗量最大，例如以一台日產3萬噸的蒸餾裝置而言，金屬耗量近2000噸，其中約1/5為有色金屬，而1000萬噸/日的淡化水生產規模，每年消耗煤量達500~1000萬噸，資源將不堪重負。
(三)海洋環境污染：海水淡化所排出的大量濃鹽水，含鹽量一般是海水的兩倍，且溫度高於海水，通常直接排入海洋中。因此廢海水中的熱能會使局部海域水溫升高，導致某些浮游生物急遽繁殖和高度密集，造成海洋生物大量死亡。海水水溫的升高還會使海水中的溶氧量降低，影響生物的新陳代謝，甚至使生物群落發生改變，破壞海洋生物的棲息環境。此外，蒸發法淡化廠易於腐蝕，可能會把一些重金屬，例如銅，排入廢液。逆滲透法方面，則需要用化學品作預處理和清潔薄膜，這些化學品最後也成為廢液。
由於第二代「逆滲透」海水淡化技術的成熟，當今海水淡化的成本已逐漸降到可以商業化的水平。以2008年的技術開發程度為例：以色列海水淡化的成本，已降到生產每立方公尺淡水為0.53美元，新加坡更降到每立方公尺0.49美元。
第三代海水淡化技術於2009年間，在加拿大的渥太華大學開發成功，目前正整理申請專利中。據稱該技術可將現有海水淡化的效率提昇六至七倍；另外美國國科會和通用公司也正投入大量資金從事類似研究；今後海水淡化成本可以降到何種程度，尚難推測，但是生產每立方公尺淡水低於0.3美元或10元台幣的可能性，五年內很可能實現。
