Na fisiologia renal, a ultrafiltração ocorre na barreira entre o sangue e o filtrado na cápsula glomerular (cápsula do Bowman) nos rins. Como em exemplos não biológicos de ultrafiltração, a pressão (neste caso a pressão arterial) e os gradientes de concentração levam a uma separação através de uma membrana semipermeável (fornecida pelos podócitos). A cápsula do Bowman contém uma densa rede capilar chamada glomérulo. O sangue flui para estes capilares através das arteríolas aferentes e as folhas através das arteríolas eferentes.

Diagrama mostrando os mecanismos fisiológicos básicos do rim

A alta pressão hidrostática força pequenas moléculas no fluido tubular como água, glucose, aminoácidos, cloreto de sódio e ureia através do filtro, do sangue na cápsula glomerular através da membrana basal da cápsula de Bowman e para os túbulos renais. Este processo é chamado ultrafiltração; o fluido resultante, praticamente livre de grandes proteínas e células sanguíneas, é referido como filtrado glomerular, ou ultrafiltrado. Uma modificação adicional do ultrafiltrado, por reabsorção e secreção, transforma-o em urina.

Pressão glomerular é de cerca de 75 milímetros de mercúrio (10 kPa). É oposta pela pressão osmótica (30 mmHg, 4,0 kPa) e pela pressão hidrostática (20 mmHg, 2,7 kPa) dos solutos presentes no espaço capsular. Esta diferença de pressão é chamada pressão efetiva (25 mmHg, 3,3 kPa).

Em centros de hemodiálise, a ultrafiltração ocorre em um hemofiltro nas máquinas de hemodiálise, quando a pressão arterial é maior que a pressão dializadora (diferença = pressão transmembrana (TMP)). Isto remove o fluido do sangue mantendo as células sanguíneas intactas.