循环血液经过肾小球毛细血管时，血浆中的水和小分子物质可以滤出并进入到肾小囊的囊腔中，称为滤出液或原尿（primary urine）。用微玻管抽取肾小囊内的液体进行微量分析，结果表明除蛋白质含量极少外，各种晶体物质如葡萄糖、氯化物、无机磷酸盐、尿素和肌酐等的浓度都与血浆中的非常接近，而且渗透压和酸碱度也与血浆的相似，由此证明囊内液的确是血液的超滤液。每分钟两肾生成的超滤液量称为肾小球滤过率（GFR）。体表面积为1.73m2的个体，其GFR为125ml/min左右。按此计算，每昼夜两肾从肾小球滤出的血浆总量达180L。 GFR和肾血浆流量的比值称为滤过分数滤过分数（filtration fraction）。经测算，肾血浆流量为660ml/min，所以滤过分数为：125/660×100=19%。肾小球滤过率和肾小球的滤过分数是两项重要的肾功能衡量指标。
滤过膜由外、中和内三层结构组成，每层结构上都存在有不同直径的微孔（右图）。
内层：由毛细血管内皮细胞构成，内皮细胞上有直径为50～100μm的小窗孔。
中层：非细胞性的基膜（水合凝胶构成的微纤维网，有4～8nm的多角形网孔），是滤过膜的主要屏障。
外层：肾小囊脏层的上皮细胞构成，其相互交错的足突之间形成裂隙，裂隙上有一层膜，膜上有直径4～14nm的孔。
人两侧肾脏全部肾小球毛细血管总面积约为1.5m2，正常情况下保持稳定，这样大的面积有利于血浆的滤过。但在急性肾小球肾炎时，由于肾小球毛细血管管腔变窄或完全阻塞，以至有滤过功能的肾小球数量减少， 有效滤过面积也因而减少，导致GFR降低，出现少尿（每昼夜尿量小于400ml以致无尿（每昼夜尿量少于100ml）。
滤过膜对血浆中物质滤过的通透性（permeability）取决于物质分子半径的大小及所带电荷的正负。
（1）物质的分子大小：滤过量与分子的有效半径成反比。有效半径小于2nm的物质可以被完全滤过。随着物质有效半径的增大，滤过量逐渐降低，而大于3.6nm的大分子物质则几乎完全不能滤过（下表）。
（2）物质所带电荷：有效半径相同时，带正电荷的比带负电荷的容易通透。因为滤过膜上糖蛋白主要带有负电荷，它们可排斥带负电荷较多的蛋白质。在某些病理情况下，因滤过膜的通透性增加或膜上带负电荷的糖蛋白减少，会导致带负电荷的血浆蛋白滤出增多而出现在尿中，称为蛋白尿。
| 一些物质的有效半径和肾小球滤过能力的关系 | |||
| 物质 | 分子量 | 有效半径（nm） | 滤过能力 |
| H2O | 18 | 0.10 | 1.0 |
| Na | 23 | 0.14 | 1.0 |
| 尿素 | 60 | 0.16 | 1.0 |
| 葡萄糖 | 180 | 0.36 | 1.0 |
| 蔗糖 | 342 | 0.44 | 1.0 |
| 菊粉 | 5500 | 1.48 | 0.98 |
| 肌球蛋白 | 17000 | 1.95 | 0.75 |
| 卵白蛋白 | 43000 | 2.85 | 0.22 |
| 血红蛋白 | 68000 | 3.25 | 0.03 |
| 血浆白蛋白 | 69000 | 3.55 | <0.01 |
肾小球滤过作用的动力是有效滤过压（effective filtration pressure，EFP），在滤过膜的通透性和肾的血流量不变时，原尿的生成量主要由有效滤过压决定，EFP由滤过的动力和阻力来决定，是二者的差值。
EFP=肾小球毛细血管血压-（血浆胶体渗透压+肾小囊内压）
a.肾小球毛细血管血压：用微穿刺法测定为45mmHg（6.0kPa）。
b.血浆胶体渗透压：
入球端：约25mmHg（3.3kPa）。
出球端：约35mmHg（4.7kPa）。因血浆中的水和晶体物质不断滤出，而蛋白质不能滤出所致。
c.肾小囊内压：约10mmHg（1.3kPa）。由于肾小囊与肾小管相通。故压力较低，而且稳定。
必须指出，并不是肾小球毛细血管全段都有滤过作用，只有从入球小动脉端（EFP=10mmHg，1.4kPa）到滤过平衡（filtration equilibrium，即EFP=0时）之间的一段才有滤过作用。 滤过平衡越靠近入球小动脉，可滤过的毛细血管的长度就越短，滤过面积就越小，GFR就越低。滤过平衡越靠近出球小动脉，则有滤过的毛细血管长度越长，滤过面积就越大，滤过液量就越多。
当滤过面积减少可影响肾小球的滤过。如急性肾小球肾炎时，由于肾小球炎症，毛细血管内皮细胞增生、肿胀，有功能活动的肾小球数目减小，可使滤过面积减少，严重时出现少尿。当滤过膜通透性增加时，往往发现尿液成分的变化。表现为蛋白尿或血尿。
动脉血压（BP）在80～180mmHg（10.7～24kPa）范围内变动时,(PGC)维持稳定（肾血流自动调节），GFR基本不变。
当BP低于80mmHg（10.7kPa）以下时，PGC将相应下降，EFP降低，GFP也减少。 当BP降到40～50mmHg（5.3～6.7kPa）以下时，GFR将降到零，因而无尿。
生理情况下，囊内压比较稳定。而当发生尿路阻塞（肾盂或输尿管结石、肿瘤压迫）时，囊内压升高，EFP降低，GFR下降。
在正常情况下不会有很大变动。若血浆蛋白浓度明显降低（严重营养不良、静脉快速注入大量生理盐水）时，血浆胶体渗透压下降，EFP 升高，滤过增加。
肾血浆流量对GFR有很大的影响，主要影响滤过平衡的位置。如果肾血浆流量增多，则πGC的上升速度下降，滤过平衡就靠近出球小动脉端，EFP和滤过面积就增加，GFR将随之增加。 如果肾血浆流量进一步增加，πGC上升速度就进一步减小。肾小球毛细血管全长都达不到滤过平衡，全长都有滤过，GFR就进一步增加。反之，则相反。在严重缺氧、中毒性休克时，肾血流量和肾血浆流量显著下降，GFR也显著下降。