A ultrafiltração é uma barreira física que tem por objetivo remover os sólidos suspensos coloides e vírus presentes na água. A filtração ocorre através da passagem da água por membranas de ultrafiltração que permite que as moléculas de água, sais, cor, etc., permeiem através das mesmas, retendo as impurezas presentes na água de alimentação.

O sistema pode operar com várias formas de filtração, por exemplo, ela pode ser “dead-end”, onde todo fluido é forçado a passar pela membrana ou pode ser “cross-flow”, onde o fluido passa superficialmente pela membrana com velocidade e uma parte permeia a membrana e a outra retorna para a alimentação do sistema. Também podem ser utilizados no sistema diversos tipos de membranas: espiral, capilar ou tubular, que são fabricadas em diversos materiais diferentes. O tipo de filtração, tipo e material das membranas é definida 

Para remover as impurezas que são retidas no sistema é necessário se realizar limpezas periódicas. Para alguns tipos de membrana é realizado um backwash. Durante o backwash o fluxo é invertido forçando a passagem de água filtrada no sentido contrário da filtração. Além do backwash também é realizado o Chemical Enhanced Backwash (CEB) trata-se de um processo de retrolavagem com adição de químicos. Em outras aplicações o sistema opera por um determinado período e depois é realizada uma limpeza química mais profunda com etapas de recirculação, molho e enxague.

A vazão de filtrado, de ar para limpeza e a de retrolavagem sempre devem ser monitoradas e controladas. Quando é um sistema onde há recirculação do fluido esta também precisa ter medição e controle. Outro parâmetro muito importante de se monitorar é a pressão transmembrana, que é a diferença da pressão na entrada e saída do banco de membranas. Cada modelo de membrana tem um limite de pressão de alimentação e de pressão transmembrana e o sistema ter dispositivos para não ultrapassar estes limites. Caso se atinja a pressão transmembrana o sistema deve parar para limpeza.