Ultra-visoki vakuum odnosi se na tlakove niže od 10−7 pascala ili 100 nanopascala (jedan desetmilijuni dio paskala). Za usporedbu, atmosferski tlak je 101.3 kPa (kilopaskala), više od milijardu puta veći, tlak unutar žarulje je oko 1 pascal, a tlak u stijenkama termosice je oko 0.1 pascal. Čak i svemir u području oko Zemlje nije ultravisoki vakuum, jer ima tlak od oko 100 mikropaskala, tisuću puta veći nego u ultra visokom vakuumu. U ultravisokom vakuumu, srednja slobodna putanja svake molekule plina je 40 km, pa će se te molekule mnogo puta sudarati sa stijenkama svoje komore prije nego što se sudare jedna s drugom.
Ultravisoki vakuum se prvenstveno koristi za površinske analitičke tehnike, kao što su Augerova elektronska spektroskopija, rendgenska fotoelektronska spektroskopija, sekundarna ionska masena spektrometrija, spektroskopija termalne desorpcije, fotoemisiona spektroskopija s razlučivanjem kuta i tehnike rasta tankog filma koje zahtijevaju visoku čistoću, kao što je mol epitaksija zraka i UHV kemijsko taloženje pare. Ultra-visoki vakuum se također koristi u akceleratorima čestica za stvaranje praznog puta snopa.
Stvaranje ultra-visokog vakuuma zahtijeva izvanredne mjere. Posebni dizajn komore minimizira površinu, moraju se koristiti pumpe velike brzine, uključujući paralelne pumpe, za pumpe se koriste cijevi visoke vodljivosti, jame zarobljenog plina (kao u navojima vijaka) moraju se eliminirati, zidovi komore moraju se ohladiti na kriogene temperature kako bi se izbjegla sublimacija plinova zarobljenih u nanoskopskim džepovima, svi metalni dijelovi moraju biti elektropolirani, moraju se koristiti materijali koji ne ispuštaju plinove kao što je nehrđajući čelik, a sustav se mora peći na 250 °C do 400 °C (482 °F do 752 °C F) za uklanjanje tragova ugljikovodika ili vode. Otplinjavanje – spori prodor molekula plina kroz sitne pukotine u komori – može biti veliki problem. Neke komore možda nisu u stanju proizvesti ultra-visoki vakuum zbog načina na koji su proizvedene, a hardver se mora izbaciti i zamijeniti. Zbog svih ovih razloga, postizanje ultravisokog vakuuma može biti skupo i teško.
Iako se ultravisoki vakuum može činiti ekstremnim, neka okruženja su još bolji vakuum, uključujući površinu Mjeseca i međuzvjezdani prostor. Neka područja svemira, poput Boötesove praznine, toliko su rijetka da postoji samo jedan atom po kubnom metru.