海水淡水化（かいすいたんすいか）とは、海水を処理して淡水（真水）を作り出すこと、及びその設備を指す。
飲料用等で真水が必要とされる場所の近くに淡水源(河川、湖沼)等がなく、気候等の関係で天水（雨）にも頼れない場合、もしその場所が海辺であれば、海水を処理して淡水を作りだし、利用することが行われている。このプロセスを海水淡水化と呼ぶ。
海水には約3.5%の塩分が含まれており、そのままでは飲用に適さない。飲用水とするためには塩分濃度を少なくとも0.05%以下にまで落す必要がある。海水淡水化プロセスの基本は海水からの脱塩処理である。
実用化されている海水淡水化方式のうち、主に以下の二方式が利用されている。
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海水を熱して蒸発（フラッシュ）させ、再び冷やして真水にする、つまり海水を蒸留して淡水を作り出す方式である。熱効率をよくするため減圧蒸留されている。実用プラントでは多数の減圧室を組み合わせているので、多段フラッシュ方式と呼ばれている。生成清水の塩分濃度は低く5ppm未満程度である。大量の淡水を作り出すことができ、海水の品質を問わないが、熱効率が大変悪く、多量のエネルギーを投入する必要がある。
この方式はエネルギー資源に余裕のある中東の産油国に多く採用されており、多くの国々では飲用水のほとんどをこれら造水プラントで生産している。日本からはササクラ、三菱重工、石川島播磨重工業、日立造船等のメーカーのプラントが輸出されている。熱源としては発電所の復水や油井からあがってくる随伴ガスや精製時に発生するオフガスが利用され、冷却にはやはり海水が使用される。このため海水淡水化プラントは精油所や火力発電所に併設される場合が多い。