血液透析的原理主要是利用半透膜原理，通過彌散、對流等方式，將體內各種有害以及多余的代謝廢物和過多的電解質移出體外，以達到凈化血液、糾正水電解質及酸堿平衡的目標。

在血液透析過程中，患者的血液會流經人工腎中的透析膜表面，同時透析液在透析膜的另一側流動。通過膜兩側的溶質濃度梯度和滲透壓差，血液內的溶質會從濃度高的一側向濃度低的一側做跨膜運動，進行物質交換，從而清除血液中的代謝廢物和過多的水分。同時，透析液中的電解質和堿基等也會通過透析膜進入血液，以維持血液中的電解質和酸堿平衡。