オンラインは、透析中に置換液と呼ばれる透析液とほぼ同等な点滴を 血液中に大量に入れながら、同時に入れた点滴と同じ水分量をダイアライザー（透析膜）から 濾していきます。
通常の血液透析では、ダイアライザーを介して血液と透析液間に生じる物質（毒素）の 濃度差（浸透圧）を利用し、分子量の比較的小さな毒素である 尿素窒素（ＢＵＮ）・クレアチニン（Cr）・尿酸（ＵＡ）などが効率よく除去されます。
しかし、以前のダイアライザーでは低分子蛋白質領域に大きめの毒素はあまり効率よく 除去されませんでした。 そこでオンラインHDFは、この大きい毒素を効率よく除去するために、もう一つの透析原理である 濾過を最大限に引き出す療法なのです。 そのため、透析中に大量補液・大量除水を行うことで、ヘモダイアフィルター（透析ろ過膜）を 介し大きな毒素が水分と共に透析液側に引っ張り出されるように排出されます。
オンラインHDFの利点は、毒素をよく取り除けるだけではなく、透析中の血圧が下がりにくいことや 心臓への負担が血液透析よりも小さいことなどが知られており、血液透析では対処が難しい心不全・ 透析時低血圧等の透析困難症の患者様に非常に有効です。
