Filozofija oblikovanja ultrafiltracijskih membran se v bistvu vrti okoli treh glavnih smeri: "zamenjava kemične obdelave s fizičnim sejanjem, doseganje visoko-učinkovitega ločevanja z nizko porabo energije in doseganje inženirske prilagodljivosti z modularizacijo." Cilj je izboljšati gospodarnost in trajnost sistema ob zagotavljanju stabilne kakovosti vode.
Ultrafiltracijske membrane dosežejo fizično zadrževanje suspendiranih trdnih snovi, koloidov, bakterij in velikih organskih molekul prek enotne strukture por, namesto da bi se zanašale na kemične reakcije. Ta načrtovalski pristop zmanjšuje tveganje sekundarnega onesnaženja in naredi kakovost odplak bolj stabilno in nadzorovano, kar je ključna podlaga za sodobno membransko-čiščenje vode, ki nadomesti tradicionalne postopke.
Membranski materiali običajno uporabljajo visoko{0}}molekularne polimere, kot sta PVDF ali PES, hidrofilna modifikacija, optimizacija strukture por in površinska obdelava pa zmanjšajo oprijem onesnaževal. Hkrati votla vlakna ali zavese-podobne ureditve v strukturi modula zagotavljajo enakomernejšo porazdelitev tekočine in povečajo učinkovito območje filtracije, s čimer se doseže visoka zmogljivost proizvodnje vode z manjšo porabo energije.
Na ravni inženirskih aplikacij sta poudarjeni »modularizacija in sistemska integracija«. Ultrafiltracijski sistemi običajno uporabljajo standardizirane zasnove membranskih modulov, ki jih je mogoče fleksibilno kombinirati in razširiti glede na obseg obdelave ter jih je mogoče uporabiti v povezavi s postopki, kot so povratno pranje, čiščenje zraka in reverzna osmoza. Zaradi te filozofije oblikovanja so primerni tako za komunalno oskrbo z vodo kot za ponovno uporabo industrijske odpadne vode, kar omogoča hitro namestitev in stabilno delovanje v različnih scenarijih.