Een van de meest voorkomende materialen voor ultrafiltratiemembraan is polyvinylideenfluoride (PVDF). Dit materiaal vertoont uitstekende chemische en oxidatieweerstand, waardoor een stabiele werking op lange- termijn mogelijk is in chloor-houdende of complexe wateromgevingen, waardoor het op grote schaal wordt gebruikt in gemeentelijke en industriële waterbehandelingssystemen. PVDF-membranen worden doorgaans gemodificeerd met hydrofiliciteit om membraanvervuiling te verminderen en de fluxstabiliteit te verbeteren.
Een ander veel voorkomend materiaal is polyethersulfon (PES) of polysulfon (PSF). Deze materialen beschikken over een hoge mechanische sterkte en goede thermische stabiliteit, met een uniforme membraanstructuur en stabiele scheidingsprestaties, waardoor ze geschikt zijn voor precisiefiltratietoepassingen met hoge eisen aan de waterkwaliteit. Hun natuurlijke hydrofiliciteit is echter relatief zwak, waardoor gewoonlijk oppervlaktemodificatie of additieven nodig zijn om hun aangroeiwerende eigenschappen te verbeteren.
Er zijn ook enkele nieuwere of gemodificeerde materialen, zoals PAN (polyacrylonitril), CA (celluloseacetaat) en keramische ultrafiltratiemembranen. Keramische membranen zijn gemaakt van anorganische materialen zoals aluminiumoxide en zirkoniumoxide en beschikken over een extreem sterke hoge- temperatuurbestendigheid, zuur- en alkalibestendigheid en antifouling-eigenschappen, waardoor ze geschikt zijn voor extreme industriële omgevingen, maar tegen hogere kosten. Over het algemeen vereist de selectie van ultrafiltratiemembraanmaterialen een evenwicht tussen prestaties, kosten en toepassingsomgeving om aan de behoeften van verschillende waterbehandelingssystemen te voldoen.