血液濾過模仿腎單位的濾過重吸收原理設計，將患者的動脈血液引入具有良好的通透性並與腎小球濾過膜面積相當的半透膜濾過器中，當血液透過濾器時，血漿內的水分就被濾出（類似腎小球濾過），以達到清除瀦留於血中過多的水分和溶質的治療目的。由於流經濾過器的血流僅有20～30ml/min（只佔腎血流量的1/6～1/4），故單獨依靠動脈血壓不可能濾出足夠的液量，需在動脈端用血泵加壓，以及在半透膜對側由負壓泵造成一定的跨膜壓，一般限制在66.66kPa（500mmHg）以內，使流過濾器的血漿液體有35%～45%被濾過，濾過率達到60～90ml/min（約為腎小球濾過率的1/2～3/4）。血液濾過率的大小取決於濾過膜的面積、跨膜壓、篩過係數（某物質篩過係數=濾過中某物質的濃度/血液中某物質的濃度）和血流量，每次血濾總的濾液量需達到20L左右才能達到較好的治療效果，為了補償被濾出的液體和電解質，保持機體內環境的平衡，需要在濾器後（前）補回相應的液量和電解質以代替腎小管的重吸收功能。

血液濾過與血液透析主要區別在於：血透是依賴半透膜兩側的溶質濃度差所產生的彌散作用進行溶質清除，其清除效能取決於分子的彌散度，而分子量越大則效果越差。而血液濾過則透過水帶溶質的方式促使溶質跨膜轉運，即使分子量較大的物質亦能被清除。正常人腎小球對不同分子量的物質如肌酐和菊粉的清除率幾乎都一樣。血液濾過模仿正常腎小球清除溶質原理，以對流的方式濾過血液中的水分和溶質，其清除率與分子量大小無關，對肌酐和菊粉的清除率均為100～120ml/min。故血濾在清除中分子物質方面優於血透，與正常人腎小球相似。