Els avantatges de les membranes d'ultrafiltració es reflecteixen principalment en la seva alta precisió de filtració, funcionament estable, forta adaptabilitat i manteniment relativament convenient, fent-les àmpliament utilitzades en el tractament d'aigua i la separació industrial.
Les membranes d'ultrafiltració solen tenir mides de porus en el rang de nanòmetres a submicres, eliminant eficaçment sòlids en suspensió, col·loides, bacteris i algunes molècules orgàniques grans de l'aigua, reduint significativament la terbolesa i estabilitzant la qualitat de l'aigua. Aquesta capacitat de retenció física estable els dóna un clar avantatge en la purificació d'aigua potable i la filtració de precisió.
Els sistemes d'ultrafiltració solen funcionar a pressió constant o flux constant, combinats amb el rentat a contracor i el fregament d'aire{0}}aigua per controlar l'encrassement de la membrana. Per tant, l'operació general està altament automatitzada amb una intervenció humana mínima, la qual cosa la fa apta per a un funcionament continu-a llarg termini. A més, en comparació amb els processos de filtració tradicionals, requereixen menys espai i tenen una major integració del sistema.
La ultrafiltració també presenta una forta resistència a les càrregues de xoc. S'adapta bé als canvis en la qualitat de l'aigua, mantenint l'efluent estable fins i tot amb fluctuacions significatives en la qualitat de l'aigua afluent, demostrant així un rendiment estable en el subministrament d'aigua municipal, l'aigua de circulació industrial i els sistemes de reutilització d'aigües residuals.
Les membranes d'ultrafiltració es poden utilitzar com a unitats de purificació d'aigua autònomes o en combinació amb osmosi inversa, filtració de carbó actiu o processos de tractament biològic per servir com a pretractament o tractament avançat. Aquesta flexibilitat els permet jugar un paper crucial en una varietat de sistemes de tractament d'aigua.