Ultrahögt vakuum avser tryck lägre än 10−7 pascal eller 100 nanopascal (en tiomiljondels pascal). Som jämförelse är atmosfärstrycket 101.3 kPa (kilopascal), mer än en miljard gånger högre, trycket inuti en glödlampa är cirka 1 pascal och trycket i termosens väggar är cirka 0.1 pascal. Även yttre rymden i området runt jorden är inte ett ultrahögt vakuum, eftersom det har ett tryck på cirka 100 mikropascal, tusen gånger högre än i ett ultrahögt vakuum. I ett ultrahögt vakuum är den genomsnittliga fria vägen för varje gasmolekyl 40 km, så dessa molekyler kommer att kollidera många gånger med väggarna i deras kammare innan de kolliderar med varandra.
Ultrahögt vakuum används främst för ytanalytiska tekniker, såsom Auger-elektronspektroskopi, röntgenfotoelektronspektroskopi, sekundär jonmasspektrometri, termisk desorptionsspektroskopi, vinkelupplöst fotoemissionsspektroskopi och tunnfilmstillväxttekniker som kräver hög renhet, såsom mol strålepitaxi och UHV kemisk ångavsättning. Ultrahögt vakuum används också i partikelacceleratorer för att skapa en tom strålbana.
Att skapa ett ultrahögt vakuum kräver extraordinära åtgärder. Speciella kammarkonstruktioner minimerar ytan, höghastighetspumpar, inklusive parallella pumpar, måste användas, högkonduktansslangar används för pumpar, gropar av instängd gas (som i bultgängor) måste elimineras, kammarväggar måste kylas till kryogena temperaturer för att undvika sublimering av gaser som fångas i nanoskopiska fickor måste alla metalldelar vara elektropolerade, lågavgasande material som rostfritt stål måste användas och systemet måste bakas vid 250 °C till 400 °C (482 °F till 752 °C) F) för att avlägsna kolväte- eller vattenspår. Avgasning – det långsamma intrånget av gasmolekyler genom små sprickor i kammaren – kan vara ett stort problem. Vissa kammare kan vara oförmögna att producera ett ultrahögt vakuum på grund av hur de tillverkades, och hårdvaran måste kastas ut och bytas ut. Av alla dessa skäl kan det vara dyrt och svårt att uppnå ultrahögt vakuum.
Även om ultrahögt vakuum kan verka extremt, är vissa miljöer ett ännu bättre vakuum, inklusive månens yta och det interstellära rymden. Vissa områden i rymden, som tomrummet i Boötes, är så sällsynta att det bara finns en atom per kubikmeter.