Viena iš labiausiai paplitusių ultrafiltravimo membranų medžiagų yra polivinilidenfluoridas (PVDF). Ši medžiaga pasižymi puikiu atsparumu cheminėms medžiagoms ir oksidacijai, todėl užtikrina ilgalaikį -stabilų veikimą chloro -turinčioje arba sudėtingoje vandens aplinkoje, todėl ji plačiai naudojama komunalinėse ir pramoninėse vandens valymo sistemose. PVDF membranos paprastai modifikuojamos hidrofiliškai, siekiant sumažinti membranos užsiteršimą ir pagerinti srauto stabilumą.
Kita paplitusi medžiaga yra polietersulfonas (PES) arba polisulfonas (PSF). Šios medžiagos pasižymi dideliu mechaniniu stiprumu ir geru terminiu stabilumu, vienoda membranos struktūra ir stabiliomis atskyrimo savybėmis, todėl tinka tiksliam filtravimui su aukštais vandens kokybės reikalavimais. Tačiau jų natūralus hidrofiliškumas yra santykinai silpnas, todėl paprastai reikia modifikuoti paviršių arba naudoti priedus, kad pagerintų jų antipuvimo savybes.
Taip pat yra keletas naujesnių ar modifikuotų medžiagų, tokių kaip PAN (poliakrilonitrilas), CA (celiuliozės acetatas) ir keraminės ultrafiltravimo membranos. Keraminės membranos yra pagamintos iš neorganinių medžiagų, tokių kaip aliuminio oksidas ir cirkonio oksidas, pasižyminčios itin stipriu atsparumu aukštai-temperatūrai, atsparumui rūgštims ir šarmams bei apsaugai nuo užteršimo, todėl tinka ekstremalioms pramoninėms aplinkoms, tačiau už didesnę kainą. Apskritai, pasirenkant ultrafiltravimo membranines medžiagas, reikia suderinti našumą, kainą ir taikymo aplinką, kad būtų patenkinti skirtingų vandens valymo sistemų poreikiai.