Fordelene med ultrafiltreringsmembraner gjenspeiles hovedsakelig i deres høye filtreringsnøyaktighet, stabile drift, sterke tilpasningsevne og relativt praktisk vedlikehold, noe som gjør dem mye brukt i vannbehandling og industriell separasjon.
Ultrafiltreringsmembraner har typisk porestørrelser i området fra nanometer til submikron, og fjerner effektivt suspenderte faste stoffer, kolloider, bakterier og noen store organiske molekyler fra vann, noe som reduserer turbiditeten betydelig og stabiliserer vannkvaliteten. Denne stabile fysiske oppbevaringsevnen gir dem en klar fordel ved rensing av drikkevann og presisjonsfiltrering.
Ultrafiltreringssystemer fungerer vanligvis under konstant trykk eller konstant strømning, kombinert med tilbakespyling og luft-vannskrubbing for å kontrollere membranbegroing. Derfor er den overordnede operasjonen svært automatisert med minimal menneskelig innblanding, noe som gjør den egnet for lang-kontinuerlig drift. I tillegg, sammenlignet med tradisjonelle filtreringsprosesser, krever de mindre gulvplass og har høyere systemintegrasjon.
Ultrafiltrering viser også sterk motstand mot sjokkbelastninger. Den tilpasser seg godt til endringer i vannkvalitet, og opprettholder stabilt avløp selv med betydelige svingninger i innflytende vannkvalitet, og demonstrerer dermed stabil ytelse i kommunal vannforsyning, industrielt sirkulerende vann og gjenbrukssystemer for avløpsvann.
Ultrafiltreringsmembraner kan brukes som frittstående vannrenseenheter eller i kombinasjon med omvendt osmose, aktivert karbonfiltrering eller biologiske behandlingsprosesser for å tjene som forbehandling eller avansert behandling. Denne fleksibiliteten lar dem spille en avgjørende rolle i en rekke vannbehandlingssystemer.