Ова врста полимерне мембране има асиметричну микропорозну структуру, која се састоји од два слоја: горњег функционалног слоја са густим микропорама и способношћу да пресретне велике молекуле, са величином пора од 1–20 нм; и доњи носећи слој са великом структуром отворених-пора, што повећава снагу мембране.
Функционални слој је релативно танак, што резултира високим протоком воде. Генерално, различити типови модула, као што су цевасти, плочасти, спирално намотани и капиларни типови, се прво производе, а затим се вишеструки модули склапају заједно за примену како би се повећала област филтрације. Процес ултрафилтрације је у суштини процес механичког просејавања, а величина пора на површини мембране је најважнији контролни фактор. Ултрафилтрационе мембране могу да одвајају растворене супстанце (полимере или растворе) величине 1–30 нм. Супстанце које одбија повезане су са својствима мембране, обликом, величином, флексибилношћу молекула и условима рада. Ране ултрафилтрационе мембране су користиле целофан и нитроцелулозне мембране.