En circunstancias normales, la glucosa es filtrada fácilmente por los glomérulos y se reabsorbe en el túbulo proximal; normalmente la glucosa no se excreta en la orina. Sin embargo, la capacidad del túbulo proximal para reabsorber la glucosa es limitada; si la carga filtrada excede la capacidad de reabsorción del túbulo proximal, una porción de la glucosa filtrada será excretada en la orina. Por lo tanto, concentraciones elevadas de glucosa en el suero (como ocurre en la diabetes mellitus) pueden producir un aumento de la carga filtrada de la glucosa y desbordar la capacidad de reabsorción de los túbulos produciendo glucosuria. Por otro lado, condiciones que afecten negativamente la función del túbulo proximal también pueden producir una disminución de la reabsorción de glucosa, y el aumento de la concentración de glucosa urinaria, incluso en la presencia de concentraciones normales de glucosa en plasma. Algunas de estas condiciones incluyen el síndrome de Fanconi, enfermedad de Wilson, glucosuria hereditaria, y nefritis intersticial. Estas enfermedades son relativamente raras, la mayoría de las causas de las concentraciones de glucosa elevada en orina son debido a niveles aumentados de glucosa en suero.
