Les substances dissoutes dans le plasma parviennent dans l'urine, soit par filtration au niveau du glomérule, soit par sécrétion à travers la paroi tubulaire. Ces substances peuvent à nouveau quitter le tubule par réabsorption.

1. Filtration

Environ 1/5^e du plasma est filtré par le glomérule (fraction de filtration = TFG/FPR). Ainsi, le filtre glomérulaire laisse passer toutes les substances dissoutes dans le plasma qui ont un rayon moléculaire r < 1,8 nm (poids moléculaire ≈ 15000 Dalton). Les substances ayant un rayon r > 4,4 nm (poids moléculaire ≈ 80000 Dalton) ne sont normalement pas filtrables (par exemple la globuline).

Les molécules dont le rayon est compris entre 1,8 et 4,4 nm ne sont que partiellement filtrables, le filtre glomérulaire laissant moins bien passer les particules chargées négativement (comme I'albumine, r = 3,5 nm) que les substances neutres. Ceci est probablement dû aux charges négatives de la paroi du filtre glomérulaire qui repoussent les anions.

Lorsque des petites molécules sont liées partiellement à des protéines plasmatiques (liaison protéique ), la fraction liée aux protéines ne peut virtuellement pas être filtrée.

Pour les substances restées accrochées au filtre glomérulaire, l'épuration se fait probablement par phagocytose grâce aux cellules mésangiales du glomérule.

2. Réabsorption

Après filtration, l'eau et plusieurs substances sont soumises à réabsorption tubulaire. Ce sont les électrolytes (Na⁺, Cl^-, K⁺. Ca²⁺ . HCO₃^-, phosphate, etc.), les acides aminés, l'acide urique, les lactates, l'urée, les peptides, la vitamine C ou acide ascorbique, le glucose et bien d'autres encore.

3. Sécrétion transcellulaire active

Les métabolites de l'organisme comme l'acide urique, le glucuronide, l'hippurate, les sulfates ainsi que les substances exogènes (pénicilline, diurétiques et aussi acide PAH ) sont excrétés de cette manière.

4. Sécrétion cellulaire

Plusieurs substances (comme les ions ammonium = NH₄⁺, les ions H⁺ et l'hippurate) ne sont formées que dans la cellule tubulaire et parviennent ensuite dans le tubule par un mécanisme de sécrétion cellulaire. Alors que le NH₃ diffuse passivement dans la lumière tubulaire. les ions H⁺ sont sécrétés de façon active.

Les transports actifs et passifs sont souvent étroitement liés: l'H₂O par exemple est réabsorbé passivement lorsqu'un gradient osmotique apparaît à la suite de la réabsorption active d'une substance dissoute (Na⁺ ou HCO₃^-). La réabsorption de l'eau conduit, d'une part, au « solvent drag » (entraînement par le solvant) et, d'autre part, à une concentration tubulaire d'autres substances dissoutes (dont l'urée) qui sont ensuite réabsorbées passivement dans le sang, le long d'un gradient de concentration. Pour les ions, il faut aussi tenir compte de leurs charges électriques : lorsque l'ion Na⁺ est réabsorbé, il faut qu'un anion soit excrété (par exemple dans le tube proximal Cl^-) ou qu'un cation soit éliminé (par exemple dans le tube distal. K⁺). Le glucose, les acides aminés, le phosphate, etc. sont transportés de façon active: dans de nombreux cas, l'énergie libérée est étroitement liée au transport de Na⁺ (cotransport).

Le PAH est transporté à travers la membrane basale dans les cellules par un processus de transport actif « tertiaire ». Au début, les dicarboxylates (par ex. le glutarate) pénètrent dans la cellule par un transport actif secondaire, après quoi, échangés avec le PAH (antiport) ils quittent la cellule et regagnent le flux sanguin.

Nombre de substances sont réabsorbées par diffusion passive (par ex. l'urée). La perméabilité de ces substances dépend, notamment, de leur liposolubilité. Les électrolytes faibles non ionisés ont une meilleure liposolubilité et peuvent donc passer à travers la membrane plus facilement que les substances ionisées (diffusion non-ionique). Le pH de l'urine a donc une influence sur la réabsorption passive. La grosseur des molécules joue aussi un rôle lors de la diffusion : plus la molécule est petite, mieux elle diffuse.

Les voies de diffusion à travers l'épithélium tubulaire incluent les mécanismes transcellulaire et paracellulaire. Les « tight junctions » (= jonctions serrées) du tubule proximal sont relativement perméables et permettent le transport par diffusion paracellulaire des petites molécules et des ions.