התפלת מי ים הייתה חלום שבני האדם רדפו אחריו במשך מאות שנים, והיו סיפורים ואגדות על הוצאת מלח ממי ים בימי קדם. היישום בקנה מידה גדול של טכנולוגיית התפלת מי ים החל באזור המזרח התיכון הצחיח, אך אינו מוגבל לאזור זה. בשל העובדה שיותר מ-70% מאוכלוסיית העולם מתגוררת בטווח של 120 קילומטרים מהאוקיינוס, טכנולוגיית התפלת מי ים יושמה במהירות במדינות ואזורים רבים מחוץ למזרח התיכון ב-20 השנים האחרונות.

אך רק במאה ה-16 החלו אנשים לעשות מאמצים להפיק מים מתוקים ממי הים. באותה תקופה, חוקרים אירופאים השתמשו באח על הספינה כדי להרתיח מי ים כדי לייצר מים מתוקים במהלך מסעותיהם הארוכים. חימום מי ים לייצור אדי מים, קירורם ועיבוים כדי לקבל מים טהורים הם חוויה יומיומית ותחילתה של טכנולוגיית התפלת מי ים.

התפלת מי ים מודרנית התפתחה רק לאחר מלחמת העולם השנייה. לאחר המלחמה, עקב פיתוח נמרץ של נפט על ידי הון בינלאומי במזרח התיכון, התפתחה כלכלת האזור במהירות ואוכלוסייתו גדלה במהירות. הביקוש למשאבי מים מתוקים באזור צחיח זה המשיך לעלות מיום ליום. המיקום הגיאוגרפי הייחודי ותנאי האקלים של המזרח התיכון, יחד עם משאבי האנרגיה השופעים שלו, הפכו את התפלת מי הים לבחירה מעשית לפתרון בעיית המחסור במשאבי מים מתוקים באזור, והעלו דרישות לציוד התפלת מי ים בקנה מידה גדול.

מאז שנות ה-50, טכנולוגיית התפלת מי ים האיצה את התפתחותה עם התגברות משבר משאבי המים. מבין יותר מ-20 טכנולוגיות התפלה שפותחו, זיקוק, אלקטרודיאליזה ואוסמוזה הפוכה הגיעו כולן לרמת ייצור בקנה מידה תעשייתי ונמצאות בשימוש נרחב ברחבי העולם.

בתחילת שנות ה-60 צצה טכנולוגיית התפלת מי ים רב-שלבית באמצעות אידוי בזק, ותעשיית התפלת מי הים המודרנית נכנסה לעידן של התפתחות מהירה.

ישנן מעל 20 טכנולוגיות התפלת מי ים ברחבי העולם, כולל אוסמוזה הפוכה, יעילות רב-שלבית נמוכה, אידוי פלאש רב-שלבי, אלקטרודיאליזה, זיקוק קיטור בלחץ, אידוי נקודת טל, קוגנרציה של אנרגיה הידרואלקטרית, קוגנרציה של סרט חם, ושימוש באנרגיה גרעינית, אנרגיה סולארית, אנרגיית רוח וטכנולוגיות התפלת מי ים באמצעות אנרגיית גאות ושפל, כמו גם תהליכי טיפול מקדים וטיפול לאחר מכן מרובים כגון מיקרו-סינון, אולטרה-סינון וננו-סינון.

מנקודת מבט רחבה של סיווג, ניתן לחלק זאת בעיקר לשתי קטגוריות: זיקוק (שיטה תרמית) ושיטת ממברנה. ביניהן, זיקוק רב-אפקטי נמוך, אידוי פלאש רב-שלבי ושיטת ממברנת אוסמוזה הפוכה הן הטכנולוגיות המרכזיות בעולם. באופן כללי, יעילות רב-אפקטית נמוכה כוללת יתרונות של שימור אנרגיה, דרישות נמוכות לטיפול מקדים במי ים ואיכות גבוהה של מים מותפלים; לשיטת ממברנת האוסמוזה ההפוכה יש יתרונות של השקעה נמוכה וצריכת אנרגיה נמוכה, אך היא דורשת דרישות גבוהות לטיפול מקדים במי ים; לשיטת אידוי פלאש רב-שלבית יש יתרונות כגון טכנולוגיה בוגרת, פעולה אמינה ותפוקת מכשיר גדולה, אך יש לה צריכת אנרגיה גבוהה. מקובל לחשוב שזיקוק יעילות נמוכה ושיטות ממברנת אוסמוזה הפוכה הן כיווני העתיד.