Filozofija dizajna ultrafiltracijskih membrana u biti se vrti oko tri glavne linije: "zamjena kemijske obrade fizičkim prosijavanjem, postizanje visoko-učinkovitog odvajanja uz nisku potrošnju energije i postizanje inženjerske prilagodljivosti kroz modularizaciju." Cilj je poboljšati ekonomičnost i održivost sustava uz osiguranje stabilne kvalitete vode.
Ultrafiltracijske membrane postižu fizičko zadržavanje suspendiranih krutina, koloida, bakterija i velikih organskih molekula kroz jedinstvenu strukturu pora, umjesto da se oslanjaju na kemijske reakcije. Ovaj pristup dizajnu smanjuje rizik od sekundarnog onečišćenja i čini kvalitetu efluenta stabilnijom i kontroliranijom, tvoreći ključni temelj za modernu obradu vode temeljenu na membrani-za zamjenu tradicionalnih procesa.
Membranski materijali obično koriste visoko{0}}molekularne polimere kao što su PVDF ili PES, a hidrofilna modifikacija, optimizacija strukture pora i obrada površine smanjuju prianjanje onečišćenja. Istovremeno, šuplja vlakna ili zavjese-u strukturi modula osiguravaju ravnomjerniju distribuciju tekućine i povećavaju učinkovito područje filtriranja, čime se postiže visok kapacitet proizvodnje vode uz nižu potrošnju energije.
Na razini inženjerske primjene naglašena je "modularizacija i integracija sustava". Ultrafiltracijski sustavi obično koriste standardizirane dizajne membranskih modula koji se mogu fleksibilno kombinirati i proširivati u skladu s opsegom tretmana, a mogu se koristiti u kombinaciji s procesima kao što su povratno ispiranje, čišćenje zrakom i reverzna osmoza. Ova filozofija dizajna čini ih prikladnima i za komunalnu vodoopskrbu i za ponovnu upotrebu industrijskih otpadnih voda, omogućujući brzu implementaciju i stabilan rad u različitim scenarijima.