用于超滤过程中的人工透膜。一般由高分子材料如：醋酸纤维素类、醋酸纤维素酯类、聚乙烯类、聚砜类及聚酰胺类等制成。一般预先制成管式、板面式、卷式、毛细管式等各种型式的膜组件，然后组装多个组件在一起应用，以增大过滤面积并便于维修。
超滤膜是一种用于超滤过程能将一定大小的高分子胶体或悬浮颗粒从溶液中分离出来的高分子半透膜。以压力为驱动力，膜孔径为1～100nm，属非对称性膜类型。孔密度约10/cm，操作压力差为100～1000kPa，适用于脱除胶体级微粒和大分子，能分离浓度小于10%的溶液。
水处理中的应
用饮用水处理
随着经济社会的发展，水环境污染加剧，水源水质恶化，水中的污染物尤其是有机污染物越来越多。而传统的饮用水处理方法仅对一般的有机污染物起作用，对“两虫”、藻类的去除效果不佳，且消毒容易产生副产物。
新一代饮用水净化工艺应在提高处理效率、优化效果的同时，强调过程中无毒害物产生，能够提高资源和能源利用率，减轻污染负荷，改善环境质量。超滤技术能满足新一代饮用水净化工艺要求，去除饮用水中的“两虫”、病毒、细菌、藻类、水生生物，保障饮用水的安全性，已广泛应用于美国、日本等发达国家的城市水厂。
超滤膜可截留水中绝大部分悬浮物、胶体，但无法去除溶解性小分子物质，阻碍超滤技术在饮用水处理中的应用。目前（2018年），国内外诸多学者研究发现，粉末活性炭（PAC）+超滤联用系统可将溶解的小分子污染物质转变为颗粒状态，从而被超滤工艺去除。
生活污水和工业废水处理
水资源越来越缺乏，生活污水和工业废水的循环利用备受关注。有学者采用超滤反渗透处理城市二级生活污水处理厂出水，研究发现超滤反渗透对处理后出水的总磷、总氮、总溶解固体、化学需氧量、氯离子的处理效率分别为 95%、95%、99%、90%、97%以上，满足《城市污水再生利用景观环境用水水质标准》（GB/T 18921—2002），可用于景观用水；除氮指标外，绝大部分指标满足饮用水水源标准。
其他污水处理
超滤膜技术还应用于电厂循环排污水的处理、矿区冷却循环排污水的处理、纸浆和造纸漂白废水的处理和钢铁企业排污水等工业废水的处理。
食品方面的应用
超滤膜技术在食品方面的应用主要是果汁的浓缩、澄清、啤酒生产和营养成分的提取等]。有学者采用超滤技术及褐变控制生产出澄清的香蕉汁。研究发现，南瓜汁经过微滤后，选用截留相对分子质量5万的聚砜卷式超滤膜，在操作压力0.3MPa，最适温度35℃时进行全回流超滤试验，膜通量至少可达到30.23L/（m2·h），且得到澄清透明的南瓜汁饮料。此外，许多学者采用超滤技术提取橙皮苷、蛋白质、多糖、三聚氰胺等物质。
超滤膜技术除了应用于成分的提取外，还可用于灭菌。有学者将超滤技术应用于酱油的灭菌、澄清中，提高了产品品质，延长了保质期。
制药方面的应用
药物分离
超滤技术可用于药物的分离精制、除热原、灭菌等，尤其是在抗生素及维生素的分离提取方面。有学者提出的超滤/萃取法从根本上解决了抗生素萃取过程的乳化问题，提高了萃取收率和产品质量。
目前（2018年），生产过程中常利用活性炭吸附去除人参皂苷注射液制备过程中热原，该方法具有总皂苷损失量大、生产成本高等缺点。而采用超滤法去除人参皂苷注射液制备过程中热原，即可有效去除热原，又可减少人参总皂苷的损失，具有简便、可靠、效果好等优点。利用超滤技术去除狂犬病疫苗生产过程中产生的细菌内毒素，抗原损失较少，并且富集了样品，能够满足疫苗生产的要求。