血液透析では、血液を体外に取り出し、ダイアライザーと呼ばれる透析器（人工腎臓）に通すことによって、血液をキレイにします。
体内にたまった尿毒症の原因物質や老廃物の排泄、 血液中のNa（ナトリウム）・K（カリウム）・Ca（カルシウム）といった電解質と 酸性・アルカリ性のバランスの維持、体液量の調節を代行し、血液をキレイにします。キレイになった血液は、再び体内に戻されます。

ダイアライザーは、中空糸という細いストローの側面に大量の小さな穴があいたものを数千から1万本程度束ね合わせたもので、その中空糸の中に血液を流し、中空糸表面の小さな穴を通して、老廃物の除去を行います。老廃物は、拡散及び濾過の原理により外側の透析液側へ移行します。中空糸膜の外側に透析液を循環させることにより、濃度差を利用して血液から老廃物を持続的に除去していく、また血液中に不足する重炭酸イオンなど身体に足りないものは透析液側から血液中へ流入します。ダイアライザーの中空糸は、赤血球、白血球、血小板、アルブミン、補体などの大事なものは通過させないよう膜穴の孔径は、それらの直径以下の大きさです。

血液透析を行うには、大量の血液を体外に取り出す必要があります。大量の血液を容易に、安全に取りだすため、手術を行いバスキュラーアクセス（シャント）を作製します。慢性腎不全で血液透析を行うにはシャントが不可欠になります。シャントの作製には手術を行い、腕の静脈と動脈とをつなぎます。動脈の血液はシャントを通って静脈へ流れ、静脈の血管がふくらみます。このふくらんだ血管に針を刺して大量の血液をダイアライザー（人工腎臓）に送ります。