Um dos materiais de membrana de ultrafiltração mais comuns é o fluoreto de polivinilideno (PVDF). Esse material apresenta excelente resistência química e à oxidação, permitindo uma operação estável de longo-prazo em ambientes aquáticos complexos ou contendo cloro-, tornando-o amplamente utilizado em sistemas de tratamento de água municipais e industriais. As membranas de PVDF são normalmente modificadas com hidrofilicidade para reduzir a incrustação da membrana e melhorar a estabilidade do fluxo.
Outro material comum é a polietersulfona (PES) ou polisulfona (PSF). Esses materiais possuem alta resistência mecânica e boa estabilidade térmica, com estrutura de membrana uniforme e desempenho de separação estável, tornando-os adequados para aplicações de filtração de precisão com altos requisitos de qualidade da água. No entanto, a sua hidrofilicidade natural é relativamente fraca, geralmente exigindo modificação da superfície ou aditivos para melhorar as suas propriedades anti-incrustantes.
Existem também alguns materiais mais novos ou modificados, como PAN (poliacrilonitrila), CA (acetato de celulose) e membranas de ultrafiltração cerâmicas. As membranas cerâmicas são feitas de materiais inorgânicos, como alumina e óxido de zircônio, possuindo resistência extremamente forte a altas-temperaturas, resistência a ácidos e álcalis e capacidade antiincrustante, tornando-as adequadas para ambientes industriais extremos, mas com um custo mais elevado. No geral, a seleção de materiais de membrana de ultrafiltração requer um equilíbrio entre desempenho, custo e ambiente de aplicação para atender às necessidades de diferentes sistemas de tratamento de água.