肾小管和集合管的上皮细胞具有将细胞产生的或血液中已存在的某些物质转运到管腔的能力，这一过程称为分泌或排泄。能够从肾小管和集合管上皮细胞分泌的主要物质有H+、K+和NH3等。

肾小管在调节机体酸碱平衡方面起着重要作用，通过分泌H+、重吸收NaHCO3。通过增加或减少体液中的NaHCO3的浓度以调节H+的浓度。在近端小管、远端小管和集合管都能分泌H+，发生H+-Na+交换，达到分泌H+而重吸收NaHCO3的目的。

远端小管和集合管分泌NH3，NH3主要由谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的催化下脱氨而来，与H+结合成铵离子（NH4+）排出。铵盐的生成不仅促进了排H+，也促进了NaHCO3被重吸收。酸中毒时，近端小管也能分泌NH3，同时碳酸酐酶活性增强，谷氨酰胺活性也增强，氨的分泌增多。这样，起到促进酸的排出和NaHCO3重吸收的作用，从而调节机体酸碱平衡。若肾小管上皮细胞分泌NH3功能障碍，可导致酸中毒。

尿中的K+主要是由远曲小管和集合管分泌的。一般当有Na+的主动吸收时，才会有K+的分泌，两者转运方向相反，称为K+-Na+交换。K+-Na+交换和H+-Na+交换有相互抑制现象，即H+-Na+交换增多时，K+-Na+交换将减少，这就是酸中毒时血钾升高的原因之一。在远曲小管和集合管即存在钾的重吸收，又有钾的分泌，而且，一般是钾的分泌量大于其重吸收量，故尿中排出的K+主要来源于钾的分泌过程。

正常机体产生的肌酐和对氨基马尿酸等，既能从肾小球滤过，又能由肾小管分泌。此外，进入体内的某些物质，如青霉素、酚红等，则主要通过近端小管的分泌排出体外，临床上常用酚红排泄试验来检查肾小管的分泌功能。