Osmosis songsang (Jawi: اوسموسيس سوڠسڠ; bahasa Inggeris: reverse osmosis - RO) atau juga osmosis berbalik adalah proses pengasingan yang menggunakan tekanan bagi memaksa larutan melalui membran separa telus yang menyaring larutan dan membenarkan hanya pelarut menembusinya. Lebih formal lagi, ia adalah proses memaksa pelarut dari kawasan berkepekatan tinggi kepada kawasan berkepekatan rendah dengan menggunakan tekanan melebihi tekanan osmosis. Ini berlawanan dengan proses osmosis normal, yang merupakan pergerakan semula jadi pelarut dari kepekatan rendah melalui membran, ke kawasan kepekatan tinggi apabila tiada tekanan dikenakan. Membran ini adalah separa telus, bererti ia membenarkan pelarut menembusinya tetapi tidak zat terlarut di dalamnya.Membran yang digunakan bagi osmosis songsang mempunyai lapisan halangan padat dalam matriks polimer di mana kebanyakan pengasingan berlaku. Dalam kebanyakan kes membran direka bagi membenarkan hanya air melepasi lapisan padat ini sementara menghalang laluan bendasing seperti ion garam. Proses ini memerlukan tekanan tinggi dikenakan pada sebelah kepekatan tinggi membran, biasanya 2–17 bar (30–250 psi) bagi air bersih atau payau, dan 40–70 bar (600–1000 psi) bagi air laut, yang mempunyai 24 bar (350 psi) tekanan osmosis semula jadi yang perlu diatasi.Proses ini paling dikenali bagi kegunaannya dalam penyahmasinan (menyingkir garam dari air laut bagi mendapatkan air tawar), tetapi juga digunakan bagi menghasilkan air tulen bagi kegunaan perubatan, pengilangan, dan tempatan sejak awal 1970-an.