In der Nierenphysiologie findet die Ultrafiltration an der Barriere zwischen dem Blut und dem Filtrat in der glomerulären Kapsel (Bowman-Kapsel) in den Nieren statt. Wie bei nichtbiologischen Beispielen der Ultrafiltration führen Druck- (in diesem Fall Blutdruck) und Konzentrationsgradienten zu einer Trennung durch eine halbdurchlässige Membran (die von den Podozyten gebildet wird). Die Bowman-Kapsel enthält ein dichtes Kapillarnetz, den Glomerulus. Das Blut fließt durch die afferenten Arteriolen in diese Kapillaren und verlässt sie durch die efferenten Arteriolen.

Schematische Darstellung der grundlegenden physiologischen Mechanismen der Niere

Der hohe hydrostatische Druck drückt kleine Moleküle in der Tubulusflüssigkeit wie Wasser, Glukose, Aminosäuren, Natriumchlorid und Harnstoff durch den Filter vom Blut in der Glomerularkapsel über die Basalmembran der Bowman-Kapsel in die Nierentubuli. Dieser Vorgang wird als Ultrafiltration bezeichnet; die entstehende Flüssigkeit, die praktisch frei von großen Proteinen und Blutzellen ist, wird als glomeruläres Filtrat oder Ultrafiltrat bezeichnet. Durch weitere Modifizierung des Ultrafiltrats durch Reabsorption und Sekretion wird es in Urin umgewandelt.

Der glomeruläre Druck beträgt etwa 75 Millimeter Quecksilbersäule (10 kPa). Ihm stehen der osmotische Druck (30 mmHg, 4,0 kPa) und der hydrostatische Druck (20 mmHg, 2,7 kPa) der im Kapselraum vorhandenen gelösten Stoffe entgegen. Diese Druckdifferenz wird als effektiver Druck (25 mmHg, 3,3 kPa) bezeichnet.

In Hämodialysezentren findet die Ultrafiltration in einem Hämofilter an den Hämodialysegeräten statt, wenn der Blutdruck größer ist als der Dialysatdruck (Differenz = Transmembrandruck (TMP)). Dadurch wird dem Blut Flüssigkeit entzogen, während die Blutzellen intakt bleiben.