Ultrafiltratie is een filtratiemethode waarbij een vloeistof onder druk door een semipermeabel membraan wordt geperst. Vaak in de vorm van kruisstroom filtratie. De grootte van het drukverschil en het soort membraan bepalen de snelheid waarmee het vocht wordt onttrokken. Deeltjes groter dan 100 nm (afhankelijk van het type membraan kan dit nog kleiner zijn) zoals kleideeltjes, cellen van bacteriën of rode bloedcellen worden bij dit proces tegengehouden. Het op deze wijze verkregen zuivere eindproduct wordt aangeduid met permeaat.
Ultrafiltratie is een van de vele methoden om vloeistoffen te zuiveren. Voordeel van deze methode is dat het hiermee mogelijk is om vrijwel alleen watermoleculen over te houden. De methode benadert dan ook destillatie.
Microfiltratie, ultrafiltratie en nanofiltratie zijn vergelijkbare methoden, ze verschillen alleen in de grootte van de filteropeningen. De deeltjes die bij ultrafiltratie worden tegengehouden zijn kleiner dan bij microfiltratie. Alleen ultrafiltratie kan grote macromoleculen uit een oplossing verwijderen. Moleculen met een moleculair gewicht lager dan 1000 g/mol en ionen worden nauwelijks tegenhouden bij ultrafiltratie. Bij nanofiltratie kunnen nog kleinere moleculen worden tegengehouden, tot 200 g/mol, en meerwaardige ionen. Het onderscheid tussen nanofiltratie en ultrafiltratie wordt in de praktijk niet altijd gemaakt en beide worden dan aangeduid met ultrafiltratie.