Il segmento discendente sottile dell'ansa di Henle è permeabile all'acqua, ma assorbe ioni in quantità decisamente inferiore rispetto al segmento ascendente spesso. Anche qui il riassorbimento degli ioni dipende dalla presenza della sodio-potassio-ATPasi sulla membrana basolaterale delle cellule; l'attività della pompa ionica mantiene bassa la concentrazione intracellulare di sodio nel tratto ascendente spesso, favorendone così il riassorbimento dal liquido tubulare. Il riassorbimento del sodio in questa sede avviene con un meccanismo di simporto Na+/2Cl-/K+ (NKCC) e di antiporto Na+/H+, la forza motrice è generata dal gradiente di sodio. Poiché l'intero tratto ascendente dell'ansa è impermeabile all'acqua, in questo tratto si riduce l'osmolarità del liquido tubulare. Alcuni diuretici, come la furosemide, detti appunto diuretici dell'ansa, agiscono nel tratto ascendente spesso inibendo il simporto sodio-cloro-potassio e quindi il riassorbimento del cloruro di sodio; la conseguenza è un'aumentata escrezione urinaria di questo sale, oltre che di potassio e di calcio (ione positivo il cui riassorbimento è legato all'elettropositività del liquido tubulare).