Les membranes d'ultrafiltration ont une taille de pores comprise entre 1 nm et 100 nm et sont donc en mesure de retenir des composés d'un poids moléculaire de 300 daltons à 500.000 daltons. Ce procédé convient donc typiquement à la rétention de biomolécules, de bactéries, de virus, de polymères, de particules colloïdales et de molécules de sucre.
Les membranes d'ultrafiltration sont décrites par leur limite d'exclusion moléculaire nominale (molecular weight cutoff, MWCO). Le MWCO représente normalement le plus petit poids moléculaire pour lequel la membrane présente une rétention de plus de 90%. Dans de nombreux cas, le résultat de la séparation n'est pas uniquement influencé par la limite de séparation, mais également par les interactions entre la membrane et la solution brute. La pression de service d'une ultrafiltration est généralement comprise entre 0,1 et 1 MPa, et l'une des tâches suivantes est généralement remplie :
Une séparation suffisante des substances lors du fractionnement de substances dissoutes ou lors de la séparation de substances dissoutes et de solvants est atteinte lorsque la taille des particules est au moins dix fois différente. On trouve aujourd'hui différentes applications de l'ultrafiltration dans presque tous les secteurs industriels :