通过选用不同孔径的不对称性微孔膜，按照截留分子量的大小，可分离30～1000千道尔顿的可溶性生物大分子物质。超滤法利用半透膜原理，与通常的分离方法相比，具有不引入化学试剂、对待测物的破坏性小设备简单、操作方便、不受稀释效应和体积迁移的影响等优点。其最大优点是实现血浆中游离药物的快速分离，仅十几分钟至数十分钟即可收集到足够供测定的血浆超滤液，加之与高灵敏度的液相色谱-质谱联用检测技术相结合，超滤法已成为有利药物分析的首选方法，广泛用于大规模生物样品的游离药物浓度测定。

血液中游离药物的测定可采用分子量截留值5万左右的超滤膜，用加压（2千克·厘米^-2）过滤法或用高速离心法将血浆或血清中游离型药物与分子量大的血浆蛋白以及结合了药物的血浆蛋白分离，从超滤液或离心液中得到游离型药物，然后可直接或浓缩后测定其浓度。

因所需血样量极少，尤其适合治疗药物监测（therapeutic drug monitoring，简称TDM，是通过测定血液中或其他体液中药物浓度，并利用药代动力学原理制定个体化给药方案，避免药物毒副反应）的血样分析。但此法也存在一定弊端：对高蛋白结合率药物的游离浓度难以准确检测；结合药物在透过滤膜时会出现泄漏；超滤装置对药物具有吸附性。