La filtration du plasma dans les glomérules rénaux de l'homme est d'environ 120 ml/min ou 180 l/jour (TFG ). Cette urine primitive est isotonique au plasma, ce qui signifie qu'elle a une osmolalité de 300 mosm/kg H₂O environ. Par contre, l'excrétion urinaire n'est en moyenne que 1,5 l/jour et l'osmolalité de l'urine définitive peut varier, suivant la quantité d'eau absorbée, entre 50 et 1 200 mosm/kg H₂O.

L'urine définitive peut être hypotonique si le débit urinaire est de l'ordre de 18 ml/min (diurèse), ou au contraire hypertonique si le débit est inférieur à quelques dixièmes de ml/min (antidiurèse).

Tube proximal

Les 2/3 environ de l'urine primitive sont réabsorbés le long de ce segment du néphron. La force motrice en est la réabsorption du Na⁺ ; elle est suivie de la réabsorption de Cl^-, HCO₃^- etc. établissant ainsi un (petit) gradient osmolaire facilitant le passage de l'eau et l'atteinte de l'équilibre osmotique. L'urine primitive reste donc isotonique le long de ce segment tubulaire.

La pression oncotique dans les capillaires péritubulaires constitue probablement une autre force motrice de la réabsorption de l'eau. La pression oncotique est d'autant plus élevée que le volume d'eau filtré dans le glomérule est important. En effet, les protéines restent dans le sang lors de la filtration.

Anse de Henle

Le système à contre-courant multiplicateur concentre de plus en plus d'urine dans la branche descendante de l'anse. L'eau qui va dans l'interstitium est en grande partie transportée par les vasa recta.

Le NaCl est transporté activement de la branche ascendante de l'anse de Henle vers l'interstitium. Étant donné que la paroi de la branche ascendante de l'anse de Henle est imperméable à l'eau, l'urine est hypotonique à l'entrée du tube distal et le reste probablement le long du tube distal. Là, le Na⁺ (et le Cl^-) sont à nouveau réabsorbés ; malgré tout, l'osmolalité n'en est vraisemblablement pas trop modifiée, car d'autres substances (NH₃. K⁺) sont excrétées ; de plus, pour des raisons osmotiques, l'H₂O passe aussi dans l'interstitium (environ 5 % du TFG).

La régulation définitive du volume urinaire à excréter a lieu dans les tubes collecteurs. Sous l'action de l'ADH (c'est-à-dire pendant l'antidiurèse), la quantité d'eau excrétée de l'urine lors de son passage à travers la médullaire rénale de plus en plus hypotonique est si importante que l'osmolalité de l'urine (U_osm) tait plus que quadrupler par rapport à celle du plasma (P_osm), ce qui donne U/P_osm = 4.5. En l'absence d'ADH, il se produit une diurèse aqueuse; le rapport U/Posm peut tomber à moins de 0,2. Cette faible osmolalité urinaire (min. environ 50 mosm/kg H₂O) est due à la très faible perméabilité à l'eau du tube collecteur en l'absence d'ADH, si bien que l'eau n'est plus éliminée de l'urine à ce niveau. L'osmolalité tombe même au-dessous de celle du tube distal car le transport du NaCl se poursuit dans le tube collecteur sans que l'eau puisse suivre.

L'urée joue un rôle important dans la concentration des urines : les détails de ce mécanisme ne sont toutefois pas très bien connus. Le tube distal et la partie initiale du tube collecteur ne sont que peu perméables à l'urée ; la concentration de celle-ci augmente donc constamment dans ces parties du néphron. Les parties du tube collecteur au voisinage de la papille présentent une bonne perméabilité à l'urée. De ce fait, l'urée rétrodiffuse en partie dans l'interstitium (où elle contribue au maintien d'une osmolalité élevée) ; le reste de l'urée est excrétée. La diurèse augmente l'excrétion de l'urée.

L'osmolarité médullaire élevée nécessaire à la concentration urinaire peut être diminuée par de nombreux facteurs : a) par un flux sanguin médullaire trop important qui « élimine » les solutés (NaCl et urée) de la médullaire, b) par une diurèse osmotique abolissant le gradient osmotique médullaire, c) par une diurèse aqueuse réduisant le gradient médullaire et limitant celui-ci à la médullaire interne, d) par un blocage du transport du NaCl dans la partie ascendante épaisse de l'anse de Henle, enfin e) par déficience en ADN.