Ultra-filtracija je proces membranske filtracije koji je prilično sličan reverznoj osmozi. Od mikrofiltracije ili reverzne osmoze razlikuje se samo po veličini molekula koje može zadržati.
Tokom ovog procesa primenjuje se povišen hidrostatski pritisak kako bi se voda proterala kroz polupropustljivu membranu. Dok voda i rastvorene materije niske molekularne težine prolaze kroz membranu, suspendovane čvrste materije i rastvorene materije veće molekularne težine se zadržavaju; na taj način se proizvodi voda vrlo visoke čistoće i niske gustine mulja.
Ultrafiltracija će ukloniti materije visoke molekularne težine, koloidne materijale kao i organske i neorganske polimerne molekule. Niskomolekularne organske materije i joni kao što su natrijum, kalcijum, magnezijum hlorid i sulfat se ne mogu ukloniti.