หลักการของการฟอกเลือดเกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายของสารผ่านเนื้อเยื่อที่มีความสามารถซึมผ่านเพียงกึ่งหนึ่ง การฟอกเลือดใช้การทวนกระแสการไหลของเลือด โดยที่สารฟอก (อังกฤษ: dialysate) ไหลในทิศทางตรงกันข้ามกับการไหลของเลือดในวงจรนอกร่างกาย การไหลทวนกระแสยังคงรักษาความเข้มข้นของส่วนประกอบทางเคมีผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ที่จุดสูงสุดและเพิ่มประสิทธิภาพของการฟอกเลือด

การกำจัดของเหลว (การกรองยิ่งยวด (อังกฤษ: ultrafiltration)) จะกระทำโดยการเปลี่ยนความดันสถิตของน้ำ (อังกฤษ: hydrostatic pressure) ของช่องเก็บสารฟอก ทำให้เกิดน้ำอิสระและตัวทำละลายเจือจางบางส่วนเพื่อเคลื่อนย้ายข้ามเยื่อกรองไปตามระดับแรงดันตามลำดับ

สารละลายที่ใช้ในการฟอกอาจจะเป็นสารละลายที่ผ่านการฆ่าเชื้อของไอออนของแร่หรือปฏิบัติตามตำรับอังกฤษ (อังกฤษ: British Pharmacopoeia) ยูเรียและของเสียอื่น ๆ รวมทั้งโพแทสเซียมและฟอสเฟตจะกระจายลงในสารละลายฟอกไต อย่างไรก็ตามความเข้มข้นของโซเดียมและคลอไรด์มีความคล้ายคลึงกับพลาสม่าปกติของเลือดเพื่อป้องกันการสูญเสีย โซเดียมไบคาร์บอเนตจะถูกใส่เข้าไปเพื่อเพิ่มความเข้มข้นให้สูงกว่าพลาสม่าเพื่อแก้ไขความเป็นกรดในเลือด น้ำตาลกลูโคสจำนวนเล็กน้อยก็ยังถูกนำไปใช้อยู่ทั่วไป

โปรดสังเกตว่ากระบวนการนี้แตกต่างกับเทคนิคการกรองเลือด (อังกฤษ: hemofiltration)