Ultrafiltrasyon; basınç, kuvvet ve bulanıklık gibi parametrelerin yardımı ile suyun yarı geçirgen bir yüzeyden geçirilerek makro derecede filtre edildiği işlemdir. Membran teknolojisi ile birlikte suda çözünmemiş ve makro derecelerde çözülmüş partiküllerin sudan ayrılması sağlanır.
Su arıtma tesislerinde kullanılan mevcut ikincil (kogülasyon, flokülasyon, sedimantasyon) ve üçüncül filtrasyon (kum filtrasyonu ve klorlama) sistemlerinin yerine veya artan popülasyonlara sahip izole bölgelerde bağımsız sistemler olarak kullanılabilmektedirler.
Bir ultrafiltrasyon sistemi, 0,025 mikrondan büyük partikülleri arıtmada son derece başarılıdır. Filtreleme kapasitesinden dolayı inorganik katıları, virüsleri ve bakterileri filtreleyebilmek konusunda oldukça verimli çalışmaktadır. Bir ultrafiltrasyon sisteminin yapamayacağı şey, bir ters osmoz sisteminin yapabildiği gibi çözünmüş mineralleri çekip çıkarmaktır. Yani, katı olan herhangi bir şeyi filtrelemede gerçekten harikadır, ancak çözünmüş katıları ayırmada o kadar iyi değildir.
Özellikle Atıksu geri kazanımı konusunda vazgeçilmez olan bu sistemler, ters ozmoz sistemleriyle birlikte kullanıldığında üretim prosesine geri beslenebilecek kalitede su verimine ulaşılmasına yardımcı olmaktadır.