Hemodiafiltracja jest procesem łączącym hemodializę i hemofiltrację. Teoretycznym punktem wyjścia dla połączenia tych dwóch procesów jest fakt, że substancje o niskocząsteczkowe, takie jak mocznik i kreatynina, są usuwane głównie w drodze transportu dyfuzyjnego, jaki ma miejsce w hemodializie, natomiast większe cząsteczki są usuwane głównie w drodze transportu konwekcyjnego, jaki występuje w hemofiltracji. W hemodiafiltracji (HDF) całkowita ilość usuniętych toksyn jest wyższa niż w poszczególnych procesach, ponieważ konwekcja i dyfuzja nie sumują się, lecz przebiegają równolegle i wzajemnie na siebie oddziałują. Do hemodiafiltracji używa się bardziej przepuszczalnych błon syntetycznych (dializatory wysokoprzepływowe, “high-flux”) o doskonałej ultrafiltracji. Podobnie jak w przypadku hemofiltracji, w hemodiafiltracji ultrafiltrat jest zastępowany sterylnym roztworem (roztworem zastępczym).