血液透析（Hemodialysis），臨床意指血液中的一些廢物通過半滲透膜除去。
血液透析是一種較安全、易行、應用廣泛的血液凈化方法之一。
透析是指溶質通過半透膜，從高濃度溶液向低濃度方向運動。血液透析包括溶質的移動和水的移動，即血液和透析液在透析器（人工腎）內借半透膜接觸和濃度梯度進行物質交換，使血液中的代謝廢物和過多的電解質向透析液移動，透析液中的鈣離子、堿基等向血液中移動。
如果把白蛋白和尿素的混合液放入透析器中，管外用水浸泡，這時透析器管內的尿素就會通過人工腎膜孔移向管外的水中，白蛋白分子較大，不能通過膜孔。這種小分子物質能通過而大分子物質不能通過半透膜的物質移動現象稱為彌散。臨床上用彌散現象來分離純化血液使之達到凈化目的的方法即為血液透析的基本原理。
血液透析所使用的半透膜厚度為10－20微米，膜上的孔徑平均為3納米，所以只允許分子量為1.5萬以下的小分子和部分中分子物質通過，而分子量大于3.5萬的大分子物質不能通過。因此，蛋白質、致熱原、病毒、細菌以及血細胞等都是不可透出的；尿的成分中大部分是水，要想用人工腎替代腎臟就必須從血液中排出大量的水分，人工腎只能利用滲透壓和超濾壓來達到清除過多的水分之目的。
現在所使用的人工腎即血液透析裝置都具備上述這些功能，從而對血液的質和量進行調節，使之近于生理狀態。
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