Hemodiyaliz sırasında, hastanın kanı vücudun dışında bir filtreden geçer ve hastaya geri verilir. Filtre membranındaki küçük gözenekler toksinleri süzerken, proteinler gibi hayati bileşenler kanda bırakılır. Fazla su da bu küçük gözeneklerden atılabilir. İşlem, bir kan pompası ve güvenliği sağlayan sistemler ile donatılmış bir diyaliz makinesi ile kontrol edilir. Aynı zamanda makine, tedavi sırasında kan pıhtılaşmasını önlemek için Heparin gibi ilaçlar uygulayabilir.
Hemodiyaliz için, kan damardan, tercihen hastanın alt kolundan alınır. Diyalizi gerçekleştirmek için tedavide yeterli kanın bulunmasını sağlamak üzere, ön kol damarını hazırlamak için küçük bir operasyon gerçekleştirilir. Daha yüksek basınç ve daha hızlı kan akışına olanak sağlamak için toplardamar ve atardamar arasında bir bypass yapılır. Bu bypass "şant" olarak bilinmektedir. Şant prosedürü için uygun kan damarı kullanılamazsa, daha geniş kan damarlarından birine bir kateter yerleştirilebilir.
Tedavide kullanılacak çeşitli yöntemler mevcuttur. Diyaliz tedavisi bir klinikte veya evde uygulanabilir. Bir klinikte diyaliz genellikle haftada üç kez gerçekleştirilir ve dört-beş saat sürer. Hastalar evden kliniğe gelirler. Deneyimli doktorlar ve eğitimli tedavi personeli tüm tedavi boyunca hastayla ilgilenir. Diyaliz tedavisi alınmazken, hastalar normal günlük yaşamlarını sürdürür. Hastaların durumu uygun olduğu takdirde, evde kendilerine hemodiyaliz uygulayabilirler. Hasta ve genellikle bir yakını birlikte bir eğitim merkezinde kendine diyaliz uygulamayı öğrenir. Bu tedavi şekli hastanın Profesyonel ve sosyal yaşamı için bir bağımsızlık sunar.