In de nierfysiologie treedt ultrafiltratie op bij de barrière tussen het bloed en het filtraat in het glomerulaire kapsel (kapsel van Bowman) in de nieren. Evenals in niet-biologische voorbeelden van ultrafiltratie leiden druk (in dit geval bloeddruk) en concentratiegradiënten tot een scheiding door een semipermeabel membraan (aangebracht door de podocyten). Het kapsel van Bowman bevat een dicht netwerk van haarvaten, de glomerulus. Het bloed stroomt deze capillairen binnen via de afferente arteriolen en verlaat ze via de efferente arteriolen.

Diagram met de fysiologische basismechanismen van de nier

De hoge hydrostatische druk dwingt kleine moleculen in de tubulaire vloeistof, zoals water, glucose, aminozuren, natriumchloride en ureum, door het filter, vanuit het bloed in het glomerulaire kapsel over het basaal membraan van het kapsel van Bowman en in de renale tubuli. Dit proces wordt ultrafiltratie genoemd; de resulterende vloeistof, die nagenoeg vrij is van grote eiwitten en bloedcellen, wordt glomerulair filtraat, of ultrafiltraat genoemd. Verdere wijziging van het ultrafiltraat, door reabsorptie en secretie, verandert het in urine.

Glomerulaire druk is ongeveer 75 millimeter kwik (10 kPa). Deze wordt tegengewerkt door de osmotische druk (30 mmHg, 4,0 kPa) en de hydrostatische druk (20 mmHg, 2,7 kPa) van de in de capsulaire ruimte aanwezige oplosmiddelen. Dit drukverschil wordt effectieve druk genoemd (25 mmHg, 3,3 kPa).

In hemodialysecentra vindt ultrafiltratie plaats in een hemofilter op de hemodialysemachines, wanneer de bloeddruk groter is dan de dializaatdruk (verschil = transmembraandruk (TMP)). Hierdoor wordt vocht uit het bloed verwijderd terwijl de bloedcellen intact blijven.