Uno dei materiali più comuni per le membrane di ultrafiltrazione è il polivinilidene fluoruro (PVDF). Questo materiale presenta un'eccellente resistenza chimica e all'ossidazione, consentendo un funzionamento stabile a lungo-termine in ambienti acquatici contenenti cloro-o complessi, rendendolo ampiamente utilizzato nei sistemi di trattamento delle acque municipali e industriali. Le membrane in PVDF sono generalmente modificate con idrofilia per ridurre l'incrostazione della membrana e migliorare la stabilità del flusso.
Un altro materiale comune è il polietersulfone (PES) o il polisulfone (PSF). Questi materiali possiedono un'elevata resistenza meccanica e una buona stabilità termica, con una struttura della membrana uniforme e prestazioni di separazione stabili, che li rendono adatti per applicazioni di filtrazione di precisione con elevati requisiti di qualità dell'acqua. Tuttavia, la loro naturale idrofilia è relativamente debole e richiede solitamente modifiche superficiali o additivi per migliorare le loro proprietà antivegetative.
Esistono anche alcuni materiali più nuovi o modificati, come PAN (poliacrilonitrile), CA (acetato di cellulosa) e membrane di ultrafiltrazione ceramiche. Le membrane ceramiche sono realizzate con materiali inorganici come allumina e ossido di zirconio, che possiedono un'estrema resistenza alle alte-temperature, resistenza agli acidi e agli alcali e capacità antivegetative, che le rendono adatte ad ambienti industriali estremi, ma a un costo più elevato. Nel complesso, la selezione dei materiali della membrana di ultrafiltrazione richiede un equilibrio tra prestazioni, costi e ambiente applicativo per soddisfare le esigenze dei diversi sistemi di trattamento dell'acqua.