יעילות ההפרדה ותוחלת החיים של ממברנות אולטרה סינון סיבים חלולים תלויים באופן בסיסי בבחירת החומר ובאופטימיזציה של ביצועים. כיום, חומרים תעשייתיים מיינסטרים מתחלקים לשתי קטגוריות: פולימרים אורגניים וקרמיקה אנאורגנית, כל אחד עם מאפיינים משלו והתאמתו לתרחישי יישום שונים.
חומרים פולימרים אורגניים הם הנפוצים ביותר בשל קלות העיבוד שלהם ועלותם הנמוכה. פוליסולפון (PSF) הוא דוגמה טיפוסית, בעל חוזק מכני ויציבות כימית מעולה, טווח טמפרטורות רחב (-10 מעלות עד 80 מעלות), ועמידות טובה לרוב החומצות, האלקליות והמחמצנים, המשמשים לעתים קרובות כשכבת התמיכה של הממברנה הבסיסית. פוליאתתרסולפון (PES) מצטיין בהידרופיליות ובשטף, ומאפייני ספיחת החלבון הנמוכים שלו הופכים אותו לשימוש נרחב בביו-פרמצבטיקה ובטיהור מזון ומשקאות. לפוליאקרילוניטריל (PAN) הידרופיליות חזקה ויכולת נוגדת ציפוי טובה, מתאים לטיפול בשפכים שמנים או במקורות מים בעלי עכירות- נמוכה. תאית אצטט (CA) הוא בעל תאימות ביולוגית מצוינת והוא שימש בתחילה לטיהור תרופתי, אך כושר הסתגלות הטמפרטורה וה-pH שלו חלשים יחסית, והוא מוחלף בהדרגה בחומרים חדשים יותר. פוליווינילידן פלואוריד שונה (PVDF), שהופיע בשנים האחרונות, משפר את ההידרופיליות באמצעות מיזוג או השתלת משטח, תוך שהוא מפגין יציבות-לטווח ארוך נגד חומצות חזקות, אלקליות וחמצון כלור, מה שהופך אותו לבחירה מועדפת בטיפול במים מתקדם.
Inorganic materials, represented by ceramics such as alumina and zirconium oxide, are suitable for material separation under extreme conditions due to their ultra-high mechanical strength, high temperature resistance (>200 מעלות), ועמידות בפני קורוזיה חזקה, כגון טיפול במרק תסיסה-בטמפרטורה גבוהה או טיהור של חומרי חומצה/אלקליים חזקים. עם זאת, עלות הייצור הגבוהה והשבריריות שלהם מגבילות את אימוץ-בקנה מידה גדול.
בחירת חומר דורשת התייחסות מקיפה של מאפייני נוזל הזנה, תנאי הפעלה וכלכלה: ממברנות אורגניות מצטיינות בגמישות ובעלות-יעילות, שולטות בטיפול במים ועיבוד מזון קונבנציונליים; ממברנות אנאורגניות, לעומת זאת, ממוקמות בתחומים מיוחדים בשל עמידותן. בעתיד, אופטימיזציה של תכונות החומר באמצעות טכנולוגיות כגון ננו-קומפוזיציה ושינוי ביומימטי ירחיב עוד יותר את גבולות היישום של ממברנות אולטרה-פילטרציה של סיבים חלולים, ויספק פתרונות טובים יותר להפרדה של מערכות מורכבות.
