Der proximale Tubulus ist der erste Abschnitt der Harnkonzentrierung. Hier findet eine Massenresorption von Wasser, Salzen und Subtraten statt. Tatsächlich werden hier pro Tag fast 100 L Wasser und fast 1 kg Kochsalz resorbiert. Charakteristisch für den proximalen Tubulus sind die Na⁺-gekoppelten Symporter, die Natrium-Ionen zusammen mit Glukose oder Aminosäuren resorbieren. Außerdem enthält er Carrier-Proteine für Phosphate, Citrat, Sulfate, Acetate und Vitamin C.

Über spezielle Porenproteinen, sogenannte Aquaporine, diffundiert Wasser gemäß dem osmotischen Gradienten wieder zurück ins Blut.

Antiporter tauschen Natrium-Ionen und Protonen (H⁺) aus, sodass Natrium-Ionen ins Blut und Protonen im Austausch in das Lumen des proximalen Tubulus gelangen. Dort verbinden sich die Protonen mit den Hydrogenkarbonat-Ionen (HCO₃^–) und bilden Kohlensäure (H₂CO₃). Diese ist instabil und zerfällt in Wasser und Kohlendioxid. Während das Wasser resorbiert wird, diffundiert das Kohlendioxid in das Interstitium (Zellzwischenraum). Dort verbindet es sich mit Wasser wieder zu Kohlensäure, die rasch wieder zu einem Proton und dem HCO₃^– zerfällt, das über Na⁺-Symporter ebenfalls ins Blut aufgenommen wird. Das Proton steht nun wieder für den Antiporter-Mechanismus zur Verfügung (Abb.).

Unter den resorbierten Substanzen nimmt die Glukose eine Sonderstellung ein. Sie wird im Nierenkörperchen fast vollständig filtriert und im proximalen Tubulus wieder fast vollständig rückresorbiert. Daher findet man im Urin eines gesunden Menschen keine Glukose. Bei einem schlecht eingestellten Diabetiker sieht es allerdings etwas anders aus. Hier ist der Blutzuckerspiegel und dadurch auch der Glukosegehalt im Primärharn so hoch, dass er die Transportkapazität im proximalen Tubulus (Nierenschwelle) übersteigt. Da die weiteren Tubulusabschnitte nicht in der Lage sind, Glukose zu resorbieren (es fehlen die Transportmechanismen), wird bei Diabetikern Glukose über den Sekundärharn ausgeschieden.