血液透析是利用人造半透膜做成微小的空心纖維(一般稱為人工腎臟,如右圖簡圖),使血液流經期間,空心纖維外面有透析液流過,使血液中的毒素或廢物經由半透膜因濃度的差異擴散至透析液,隨著透析液排出體外,此稱為透析作用(Diffusion)。透析作用可因濃度差、人造半透膜的膜面積多寡及廣散係數而影響。另外,可利用血液在人工腎臟內加壓,使血液中過多水份經由半透膜排出體外,這種現象稱為超過濾作用(Ultrafiltration)。