血液透析的目的在于替代肾衰竭所丢失的部分功能，如清除代谢废物，调节水、电解质和酸碱平衡。其基本原理有弥散、渗透、对流和超滤。透析膜是一种半透膜，通过血液和透析液在透析膜内外两侧的相对流动，其溶质按浓度梯度差从高浓度一侧向低浓度一侧转运过程，称为弥散；弥散的结果使半透膜两侧溶质浓度达到平衡。若在半透膜一侧加负压从而增加跨膜压，则可使水分从压力高的一侧向压力低的一侧移动，这称为超滤。与此同时也有部分溶质随水一起移动，这称之为对流。上述4种基本现象，构成了透析时溶质、水分的交换，从而构成血透时清除毒素，清除水分，补充必要物质的理论基础。尿毒症病人血中的小分子物质如肌酐、尿素氮、钾等向透析液内扩散，透析液内的离子钠、氯等离子和血中浓度相同，所以，膜内外仍保持平衡，透析液内的碱基、钙离子等则向血中扩散，从而达到清除毒素，纠正电解质紊乱和酸中毒的目的。另外，做普通血液透析主要是通过弥散和超滤来清除小分子物质的，当使用具有高通透性的透析器行血液滤过或血液透析滤过时，由于这种透析器的膜孔径相对大一些，有些中分子毒性物质随着水的跨膜移动而被清除掉。