Procesem fizycznym, dzięki któremu zbędne produkty przemiany materii przenikają z krwi do płynu dializacyjnego, jest dyfuzja.
Dyfuzja to proces, w którym cząsteczki substancji poruszają się z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu. W przypadku hemodializy dyfuzja zachodzi między krwią pacjenta a płynem dializacyjnym. Ze względu na różnice stężeń substancji w tych dwóch płynach, substancje szkodliwe, takie jak toksyny i produkty przemiany materii, przechodzą z krwi pacjenta do płynu dializacyjnego przez membranę dializacyjną.