این نوع غشای پلیمری دارای ساختار ریز متخلخل نامتقارن است که از دو لایه تشکیل شده است: یک لایه عملکردی بالایی با ریز منافذ متراکم و توانایی رهگیری مولکولهای بزرگ، با اندازه منافذ 1-20 نانومتر. و یک لایه پشتیبانی پایین تر با ساختار منافذ باز بزرگ، که استحکام غشاء را افزایش می دهد.
لایه عملکردی نسبتاً نازک است و در نتیجه شار آب زیاد است. به طور کلی، انواع مختلفی از ماژولها، مانند انواع لولهای، صفحهای، مارپیچی و انواع مویرگی، ابتدا ساخته میشوند و سپس چندین ماژول برای کاربرد برای افزایش سطح فیلتراسیون با هم مونتاژ میشوند. فرآیند اولترافیلتراسیون اساساً یک فرآیند الک مکانیکی است و اندازه منافذ سطح غشاء مهمترین عامل کنترل کننده است. غشاهای اولترافیلتراسیون می توانند املاح (پلیمرها یا محلول ها) را با اندازه 1 تا 30 نانومتر جدا کنند. موادی که آن را دفع می کند به خواص غشا، شکل، اندازه، انعطاف پذیری مولکول ها و شرایط عملکرد مربوط می شود. غشاهای اولترافیلتراسیون اولیه از غشاهای سلفون و نیتروسلولزی استفاده می کردند.