Selv om protonephridier er enklere enn metanefridier, virker begge på samme grunnleggende måte. Et protonephridium består av bare to celler. Den første er en , som har en liten dusk av flimmerhår som ser ut som en liten flamme når hårene slår i takt, derav navnet. Flammecellen skaper en strøm i kroppsvæsken og sender væsken nedover et rør som består av én enkelt rørcelle. Røret ender ut mot omgivelsene utenfor dyret i en . Slike protophrepidier utviklet seg først hos flatormer som en måte å kvitte seg med overskudd av vann som ble trukket inn i kroppen gjennom osmose. Selve røret er så lite at store molekyler blir igjen i kroppen, men små molekyler som nedbrytningsprodukter, urinstoffer, salter og hormoner føller væskestrømmen.