大规模的水处理通常集中在以下方面：饮用水供水终端、地表水处理、海水淡化和污水回用。
饮用水处理：
由于对饮用水的质量要求越来越严格，水处理公司投入越来越大的精力来控制供水管网中存在的微生物的量。为了做到这一点，一种方法是进行昂贵、频繁的水质检验，另外就是在供水终端设置防止细菌和病毒进入的屏障。
采用超滤系统，可以非常方便的建成这样的屏障。超滤膜对细菌的去除率可以达到61og, 对于病毒的去除率达到41og,因此水厂和用水者都不必在担心细菌和病毒的问题。由于饮用水的质量本身就很高（浊度和悬浮固体都非常低），因此此时的膜系统可以采用很高的膜通量。同时较好的进水条件，因此物理清洗和化学清洗的频率都可以非常低，产水量可以达到99%。如果需要还可以设立二级超滤系统，将第一级的清洗水进一步回用。
地表水处理：
超滤系统可用于地表水处理，处理后的水用于灌溉或作为反渗透的进水，用来制纯净水。
海水淡化预处理：
世界上很多沿海地区淡水资源比较缺乏，解决的方法是将海水淡化制取淡水。最早人们通常采用蒸馋技术，从十九世纪60年代，反渗透等技术被用于这些地区的缺水问题。但是，许多反渗透海水淡化系统面临着反渗透膜污染严重的问题。主要因为反渗透系统的传统的预处理方法无法提供可靠的进水水质。超滤系统可以非常稳定的为反渗透系统提供高质量的进水，保证反渗透系统的稳定运行。
污水回用：
随着工业发展，水质污染情况日益严重，同时淡水资源越来越缺少。超滤为污水的回用提供了一种有吸引力的解决办法。城市污水经超滤处理后，完全可以做为工业用水，甚至是饮用水来使用，除了上面的应用外，超滤技术还可以应用在其他领域。