Цей тип полімерної мембрани має асиметричну мікропористу структуру, що складається з двох шарів: верхнього функціонального шару з щільними мікропорами і здатністю перехоплювати великі молекули, з розміром пор 1–20 нм; і нижній опорний шар із великою структурою відкритих -пор, що підвищує міцність мембрани.
Функціональний шар відносно тонкий, що призводить до високого потоку води. Як правило, спочатку виготовляють різні типи модулів, наприклад трубчасті, пластинчасті, спірально намотані та капілярні, а потім кілька модулів збирають разом для застосування для збільшення площі фільтрації. Процес ультрафільтрації - це, по суті, процес механічного просіювання, і розмір пор поверхні мембрани є найважливішим фактором контролю. Ультрафільтраційні мембрани можуть розділяти розчинені речовини (полімери або розчини) розміром 1–30 нм. Речовини, які вона відштовхує, пов’язані з властивостями мембрани, формою, розміром, гнучкістю молекул і умовами експлуатації. Ранні ультрафільтраційні мембрани використовували целофанові та нітроцелюлозні мембрани.