Un dels materials de membrana d'ultrafiltració més comuns és el fluorur de polivinilidè (PVDF). Aquest material presenta una excel·lent resistència química i a l'oxidació, la qual cosa permet un funcionament estable a llarg termini-en ambients d'aigua complexos o que contenen clor-, la qual cosa fa que sigui àmpliament utilitzat en sistemes de tractament d'aigües municipals i industrials. Les membranes de PVDF es modifiquen normalment amb hidrofilicitat per reduir l'encrassement de la membrana i millorar l'estabilitat del flux.
Un altre material comú és la polietersulfona (PES) o la polisulfona (PSF). Aquests materials tenen una alta resistència mecànica i una bona estabilitat tèrmica, amb una estructura de membrana uniforme i un rendiment de separació estable, el que els fa adequats per a aplicacions de filtració de precisió amb requisits d'alta qualitat de l'aigua. No obstant això, la seva hidrofilicitat natural és relativament feble, normalment requereixen modificacions superficials o additius per millorar les seves propietats antiincrustantes.
També hi ha alguns materials més nous o modificats, com ara PAN (poliacrilonitril), CA (acetat de cel·lulosa) i membranes d'ultrafiltració ceràmiques. Les membranes ceràmiques estan fetes de materials inorgànics com l'alúmina i l'òxid de zirconi, que posseeixen una resistència a altes-temperaturas, resistència a àcids i àlcalis i capacitats antiincrustantes, la qual cosa les fa adequades per a entorns industrials extrems, però amb un cost més elevat. En general, la selecció de materials de membrana d'ultrafiltració requereix un equilibri entre el rendiment, el cost i l'entorn d'aplicació per satisfer les necessitats dels diferents sistemes de tractament d'aigua.