En la fisiología renal, la ultrafiltración se produce en la barrera entre la sangre y el filtrado en la cápsula glomerular (cápsula de Bowman) en los riñones. Al igual que en los ejemplos no biológicos de ultrafiltración, los gradientes de presión (en este caso la presión sanguínea) y de concentración conducen a una separación a través de una membrana semipermeable (proporcionada por los podocitos). La cápsula de Bowman contiene una densa red capilar denominada glomérulo. La sangre fluye hacia estos capilares a través de las arteriolas aferentes y sale por las arteriolas eferentes.

Diagrama que muestra los mecanismos fisiológicos básicos del riñón

La elevada presión hidrostática fuerza a las pequeñas moléculas del líquido tubular, como el agua, la glucosa, los aminoácidos, el cloruro de sodio y la urea, a atravesar el filtro, desde la sangre de la cápsula glomerular a través de la membrana basal de la cápsula de Bowman y hacia los túbulos renales. Este proceso se denomina ultrafiltración; el líquido resultante, prácticamente libre de grandes proteínas y células sanguíneas, se denomina filtrado glomerular o ultrafiltrado. La modificación posterior del ultrafiltrado, por reabsorción y secreción, lo transforma en orina.

La presión glomerular es de unos 75 milímetros de mercurio (10 kPa). A ella se oponen la presión osmótica (30 mmHg, 4,0 kPa) y la presión hidrostática (20 mmHg, 2,7 kPa) de los solutos presentes en el espacio capsular. Esta diferencia de presión se denomina presión efectiva (25 mmHg, 3,3 kPa).

En los centros de hemodiálisis, la ultrafiltración tiene lugar en un hemofiltro de las máquinas de hemodiálisis, cuando la presión sanguínea es mayor que la presión del dializado (diferencia = presión transmembrana (PTM)). Esto elimina el líquido de la sangre manteniendo sus células sanguíneas intactas.