Η αιμοκάθαρση (ΑΜΚ) με τεχνητό νεφρό γίνεται με τη βοήθεια ενός ειδικού φίλτρου, μέσω του οποίου γίνεται ο καθαρισμός του αίματος από τα συσσωρευθέντα άχρηστα προιόντα του μεταβολισμού. Τα άχρηστα αυτά προιόντα και οι τοξίνες διηθούνται μέσω μίας ημιδιαπερατής μεμβράνης, από το αίμα προς το διάλυμα της ΑΜΚ, με το οποίο και απομακρύνονται.
Η ημιδιαπερατή μεμβράνη λειτουργεί ως φίλτρο με πολλά διάσπαρτα κενά ή πόρους. Τα διαλυμένα σωματίδια που έχουν μέγεθος μεγαλύτερο από την διάμετρο των πόρων δεν διέρχονται από την μεμβράνη και επομένως κατακρατούνται. Τα σωματίδια που έχουν μέγεθος αρκετά μικρό ώστε να διέρχονται από τους πόρους της μεμβράνης, διακινούνται με ρυθμό που είναι αντιστρόφως ανάλογος του μεγέθους τους: πολύ μικρά διέρχονται πιο γρήγορα από εκείνα που είναι κάπως μεγαλύτερα.
Το αίμα του ασθενούς διέρχεται από ένα διαμέρισμα που σχηματίζεται από την μεμβράνη. Το διάλυμα ΑΜΚ περιβάλλει αυτό το διαμέρισμα. Τα ερυθρά , τα λευκά αιμοσφαίρια, τα αιμοπετάλια και οι περισσότερες πρωτείνες του πλάσματος έχουν σχετικά μεγάλο μέγεθος και δεν διέρχονται από τους πόρους της μεμβράνης. Το νερό, τα μικρά σωματίδια, οι ηλεκτρολύτες , καθώς επίσης η ουρία (60d), η Cr (113d) και η γλυκόζη (184d) περνούν εύκολα.
Όπως αναφέρθηκε ο τεχνητός νεφρός έχει σχεδιασθεί ώστε να απομακρύνει τα άχρηστα προιόντα του μεταβολισμού από τον οργανισμό, να αποκαθιστά το ισοζύγιο του νερού και των ηλεκτρολυτών και να διορθώνει τις διαταραχές της οξεοβασικής ισορροπίας.