血液を体外へ出し、人工腎臓（血液透析器＝ダイアライザー）を用いて、血液中の老廃物（尿素窒素、クレアチニン、尿酸、K、Pなど）や余分な水分を取り除き、浄化されたきれいな血液を体内へ戻します。
このためには、体から血液をとりだす部分と、きれいになった血液を体に戻す部分が必要なので、手術で腕の血管を太くします。動脈の一部と静脈の一部をつなぐことで、動脈の血液一部が直接静脈に流れ込むようにしたものを「シャント」とよび、ここに2本の針を刺して血液の取りだし口と戻り口とします。

1回4時間、週3回通院して治療をおこなうのが標準です。わが国では25万人以上のかたが血液透析を続けており、特殊な治療ではなく確立した安全な治療と考えられています。

ほとんどの方は血液透析を受けることができますが、血管が細く、シャント作成が困難な場合や心臓のはたらきが極度に悪い場合には腹膜透析を勧められる事があります。

血液透析をおこなうには1分間に約200mlの血液を体外に取り出す必要がありますが、腕の表面にみえる静脈に針をさしても十分な血液量をとることはできません。動脈に針をさせば十分な血液を得ることができますが、動脈は腕の深い位置にあり見えないこと、周囲に神経があるため針を刺すときの痛みが強いことから週3回の透析で使用するのには問題があります。このため、腕の静脈と動脈を吻合すれば、動脈の血液が腕の表面にみえる静脈を流れるため、十分な血液量が得られ、針を刺すのも容易ですし、痛みも軽くてすみます。動脈と吻合して太くした静脈をシャントと呼びます。手術は局所麻酔で行われ、通常1時間から2時間の手術時間です。 手術後実際に使えるようになるまでは2～4週間かかるので、透析直前になってあわてて手術をするよりは、透析が必要になる3～6ヶ月前に余裕をもって手術することをお勧めしています。

日本で透析を行っている方の95％以上が血液透析を行っているために、腹膜透析に比べ、治療が行える施設の数は充実しています。血液透析の性能は腹膜透析をこえており、自分の腎臓の働きが喪失していても、血液透析によって十分な毒素を除去することが可能です。

透析施設では、透析専門のスタッフが機械の操作をおこなうため、自分で機械の操作をしなくてよいという気楽さがあるでしょう。透析を受けている時間以外は自由に行動することができること、週4日は透析療法から解放されるということも利点かもしれません。

国内・海外旅行も可能です。透析日が旅行期間と重なる時には、事前に旅行先の透析施設に連絡をとり、臨時透析の申込を行う必要がありますが、比較的大きな都市であれば、透析施設の数も充実しているので問題はありません。もっとも離島や小さな町へ旅行される際には、透析施設の数に限りがありますので注意が必要です。