Ultrafiltracinės membranos turi platų pritaikymo spektrą, visų pirma todėl, kad jos gali stabiliai pašalinti iš vandens suspenduotas kietąsias medžiagas, koloidus, bakterijas ir kai kurias dideles organines molekules, išlaikant vandens molekules ir mažas molekules. Todėl jie atlieka lemiamą vaidmenį vandens valymo ir atskyrimo procesuose įvairiose pramonės šakose.
Ultrafiltracinės membranos dažniausiai naudojamos giliam vandentiekio vandens valymui. Jie gali pasitarnauti kaip įprastų valymo procesų tobulinimo įrenginys, pakeičiantis arba papildantis tradicinius smėlio filtravimo ir sedimentacijos procesus, efektyviai pagerinantis nuotekų drumstumą ir mikrobų saugumą, be to, jie ypač tinka vietovėms, kuriose svyruoja dideli šaltinio vandens kokybės svyravimai.
Ultrafiltracinės membranos dažnai naudojamos kaip pirminio arba tarpinio apdorojimo įrenginiai. Pavyzdžiui, prieš srovę esančiose atvirkštinio osmoso sistemose jie naudojami kietosioms dalelėms ir organiniams teršalams pašalinti, taip sumažinant membranos užteršimo riziką. Energijos, elektronikos ir chemijos pramonėje jie taip pat naudojami regeneruoto vandens valymui ir technologiniam vandeniui ruošti, gerinant vandens išteklių naudojimo efektyvumą.
Ultrafiltracinės membranos naudojamos atskyrimo ir gryninimo procesuose. Pavyzdžiui, baltymų koncentravimas ir sulčių skaidrinimo filtravimas pieno pramonėje ir fermentacijos sultinio atskyrimas bei baltymų gryninimas biofarmacijoje. Šios programos pabrėžia veikimą žemoje-temperatūros ir komponentų išlaikymo galimybes, padeda išlaikyti produkto aktyvumą ir kokybę.
Ultrafiltracinės membranos plačiai naudojamos pakartotiniam pilkojo vandens naudojimui, pažangiam nuotekų valymui ir kombinuotiems membranų procesams. Dėl stabilių filtravimo savybių ir didelio atsparumo smūginėms apkrovoms jie dažnai naudojami miesto nuotekų pakartotinio naudojimo sistemose arba pažangiose pramoninėse nuotekų valymo sistemose ir yra svarbi techninė vandens išteklių perdirbimo priemonė.