Le seuil de coupure varie entre 0,1 et 0,001 micron. Sous l’action de la pression imposée (en général de l’ordre de 1,5 bars), l’effluent à traiter (éventuellement préfiltré) traverse la paroi membranaire de l’extérieur vers l’intérieur (Out/In) ou de l’intérieur vers l’extérieur (In/Out). Des rétrolavages (backward flushes) sont nécessaires pour préserver la perméabilité des membranes. De nombreux types de membranes UF existent que ce soit sur leurs configurations (type d’empotage, fibres creuses, membranes planes, …) ou sur leur matériau (polysulfone, PVDF, ceramique, …).

L’osmose est le processus naturel faisant qu’un fluide se déplace du milieu le plus dilué vers le plus concentré. L’application d’une pression suffisamment importante permet d’inverser le sens de circulation du liquide à traiter. C’est donc l’eau la plus chargée en pollution dissoute qui va traverser la membrane semi-perméable dont la taille des pores n’excède pas 1 nm de diamètre. Sont ainsi retenus les ions dont le sel, les pesticides et autres composés organiques, les agents colorants, les bactéries et virus et les microalgues.