Krev je filtrována ledvinami v ledvinových tělískách. Vzniklý filtrát poté prochází řadou úprav v ledvinových kanálcích, až dojde k vytvoření definitivní moči. Složení definitivní moči se od původního filtrátu výrazně liší.  Na tvorbě moči se podílejí tři hlavní mechanismy: filtrace krve, resorpce potřebných látek a sekrece odpadních látek.

K filtraci krve dochází v ledvinovém tělísku. V glomerulárních kapilárách je relativně vysoký tlak krve, což je způsobeno rozdílem ve velikosti aferentní a eferentní arterioly. Eferentní arteriola má oproti aferentní arteriole poměrně úzký průsvit. Tím je v klubíčku kapilár udržován vysoký tlak krve, což má za následek prostup tekutiny a malých molekul do kapsulárního prostoru Bowmanova pouzdra. Prostup látek je usnadněn většími póry (fenestracemi) mezi endoteliálními buňkami glomerulárních kapilár, než je obvyklé v ostatních kapilárách. Velké molekuly, zejména proteiny a krevní buňky, fenestracemi neprostupují a zůstávají součástí krevní plasmy. Tekutina, která prostoupí do prostoru Bowmanova pouzdra, se nazývá glomerulární filtrát neboli primární moč. Glomerulární filtrát je velmi zředěný a jeho složení je podobné složení krevní plasmy.

V glomerulárním filtrátu se kromě odpadních produktů nachází velké množství pro tělo důležitých látek, které jsou zpětně vstřebávány (resorbovány). Jedná se zejména o ionty sodíku, draslíku, vápníku, hořčíku, chlóru, glukózu, aminokyseliny, bikarbonát a vodu. Hlavním místem resorpce je proximální stočený kanálek. V proximálním stočeném kanálku se z glomerulárního filtrátu stává tubulární filtrát. Mechanismy resorpce zahrnují difuzi, osmózu a aktivní transport.

Ionty sodíku jsou z proximálního tubulu aktivně transportovány do epitelových buněk proximálního tubulu. Tento proces vyžaduje energii. Z tubulárních buněk jsou ionty Na⁺ aktivně pumpovány do intersticiální tekutiny, odkud se dostávají do peritubulárních kapilár. Ionty Na⁺ mohou být resorbovány také ve vzestupné části Henleovy kličky nebo v distálním tubulu. Zde jsou měněny za ionty H⁺, K⁺ nebo amonné ionty, které jsou secernovány do tubulárního filtrátu. Současně s ionty Na⁺ je díky osmotickému gradientu resorbována voda. S ionty Na⁺ jsou v zájmu zachování elektroneutrality resorbovány ionty Cl^–.

Glukóza a aminokyseliny se do intersticiální tekutiny dostávají difuzí. V proximálním tubulu je za fyziologických podmínek resorbována veškerá glukóza, pokud její plasmatická koncentrace nepřekročí tzv. ledvinový práh pro glukózu.

Ionty draslíku jsou resorbovány difuzí v proximálním tubulu, vzestupném raménku Henleovy kličky a v distálním tubulu.

Ionty vápníku jsou resorbovány pod vlivem hormonů (vitamínu D, parathormonu, kalcitoninu) v proximálním tubulu, vzestupném raménku Henleovy kličky a v distálním tubulu.

Hořečnaté ionty jsou resorbovány v proximálním tubulu, vzestupném raménku Henleovy kličky a v distálním tubulu. Resorpci zvyšuje parathormon.

Některé odpadní produkty a cizorodé látky nejsou filtrovány glomerulární filtrací v dostatečném množství. K jejich vyloučení z těla slouží tubulární sekrece. Látky jsou transportovány z peritubulárních kapilár do intersticiální tekutiny, do buněk tubulů a nakonec do lumen tubulu. Místem tubulární sekrece je nejčastěji distální stočený kanálek. Takto jsou z těla odstraňovány ionty H⁺, K⁺ a amoniak.

Na regulaci objemu a koncentrace moči se podílí především Henleova klička. Sestupné raménko Henleovy kličky je propustné pro vodu, ale není propustné pro ionty Na⁺. V intersticiální tekutině okolní dřeně je vysoká koncentrace iontů Na⁺, což způsobí přesun vody ze sestupného raménka Henleovy kličky do intersticia díky osmotickému gradientu. Tím dochází ke snížení objemu a zvýšení koncentrace filtrátu.

Vzestupné raménko Henleovy kličky je neprostupné pro vodu, ale umožňuje resorpci iontů Na⁺ do intersticiální tekutiny. Tyto resorbované ionty vytvářejí gradient pro prostup vody ze sestupného raménka. Filtrát se díky resorpci iontů Na⁺ stává méně koncentrovaný.

Po průtoku Henleovou kličkou má filtrát stejnou koncentraci iontů, ale snížený objem díky resorbované vodě. Henleova klička tak vytváří osmoregulační protiproudový mechanismus, který udržuje stabilní množství vody v těle a chrání organismus před dehydratací i hyperhydratací.

Objem moči je regulován pomocí dvou hormonů:

Antidiuretický hormon podporuje resorpci vody v distálním tubulu a ve sběrných kanálcích tím, že zvyšuje jejich propustnost pro vodu.

Aldosteron zvyšuje resorpci sodíku v distálním stočeném kanálku aktivací Na⁺/K⁺ pumpy. Resorpce sodíku vyvolá osmotický gradient, díky kterému voda proudí z tubulu do intersticia.

Na řízení krevního tlaku se ledviny podílejí systémem renin-angiotensin-aldosteron. V blízkosti aferentních glomerulárních arteriol se nacházejí specializované buňky (juxtaglomerulární buňky), které neustále monitorují krevní tlak v arteriolách. Dalšími receptory jsou buňky, které jsou nahloučeny ve vzestupné části Henleovy kličky a distálního tubulu v místě kontaktu s ledvinovým tělískem (macula densa) a které monitorují množství NaCl v tubulárním filtrátu. Pokud juxtaglomerulární buňky zaznamenají snížení krevního tlaku v arteriolách nebo buňky macula densa detekují sníženou koncentraci NaCl v tubulárním filtrátu (v důsledku zpomalené glomerulární filtrace a rychlejší resorpce), juxtaglomerulární buňky zareagují sekrecí reninu. Renin je enzym, který katalyzuje přeměnu neaktivního angiotenzinogenu na aktivní angiotenzin. Angiotenzin vyvolá zúžení (vazokonstrikci) eferentních arteriol a stimuluje vyplavení aldosteronu z kůry nadledvin. Aldosteron podporuje vstřebávání sodíku a vody z distálního tubulu, čímž dojde ke zvýšení objemu krevní plasmy a zvýšení krevního tlaku.

Ledviny ovlivňují acidobazickou rovnováhu prostřednictvím sekrece a resorpce iontů H⁺. Normální pH krve je 7,4. Pokud poklesne pH krve (krev bude kyselejší v důsledku nadbytku iontů H⁺), v distálním kanálku budou ionty H⁺ secernovány do moči. Naopak pokud dojde ke zvýšení pH (krev bude zásaditější), ionty H⁺ budou zadržovány v krvi.

Pokud dojde ke snížení množství kyslíku (hypoxii) v peritubulárních kapilárách, buňky endotelu kapilár produkují hormon erytropoetin, který stimuluje kostní dřeň ke zvýšené produkci červených krvinek (erytrocytů).