שתי הכליות מסננות עודף מים, רעלים וכימיקלים אחרים אל מחוץ לדם ומפרישות אותם בשתן. הן שומרות על איזון המים בגוף ועל איזון ה-pH בדם. כאשר הכליות אינן מתפקדות כראוי, או שאינן מתפקדות כלל עקב פציעה או מחלה ממושכת או חריפה, מתפתחים זיהומים בדם המרעילים את הגוף. בסופו של דבר החולה מת. סוכרת היא הגורם המוביל לכשל בתפקוד הכליות.
רק במאה ה-20, כשפיתחו הרופאים ידע רב יותר על גוף האדם, על הדרך שבה איברים שונים פועלים ועל פעילות הגומלין ביניהם, החלו הרופאים לנסות ולמצוא שיטה לטיהור הדם מזיהומים באמצעות הדיאליזה. דיאליזה היא תהליך סינון הדם באמצעות מחיצות המאפשרות לחומרים מומסים מסוימים לעבור דרכן, ומונעות את המעבר מחומרים אחרים.
החוקר האמריקני ג'ון ג'יקוב אבל (1857-1938) וקבוצה של חוקרים החלו בפיתוח כליה מלאכותית עבור כלב ובשנת 1913 בנו בהצלחה מתקן כזה. אך התפתחויות נוספות התעכבו בגלל מחסור בתרופות נוגדות קרישה שנועדו למנוע את התקרשות הדם בתוך המכונה, במחיצה מתאימה לסינון הדם ובמיתקן הזרקה כדי שתמיסת המלח (סלין) תישא את הזיהומים.
אחרי למעלה מ-30 שנה, בשנת 1943, הרופא ההולנדי ויליאם ג'. קולף (נולד בשנת 1911) המציא את מכונת הכליה הראשונה לבני אדם. מאחר שניתוח היה הכרחי כדי להחדיר את השפופרת הרחבה של המכשיר אל תוך העורק והווריד, השתמשו במכונה רק בטיפולי חירום קצרים. דמו של המטופל זרם בשפופרות בתוך המכונה ונע בצידה האחד של מחיצת צלופן, בזמן שתמיסת מלח זרמה בצידה השני. תוצרי פסולת מהדם נשאבו מבעד למחיצה בתהליך של פעפוע ונישאו הלאה בתמיסת סלין.
שיפורים רבים נעשו במכונה המקורית מאז שנות ה-40 של המאה העשרים. אמבטיית תמיסת המלח הוחלפה במכונה מתוחכמת שמספקת תמיסה יעילה יותר לחלקי המכונה המלאכותיים. ישנם גם מספר מוניטורים בטיחותיים להגנת המטופלים. בשנת 1955 ניתן היה להשיג את המכונה, הידועה כיום כמכונת דיאליזה, כיחידה ללא חיידקים (שעברה סטריליזציה) וחד פעמית. בנוסף לכך, בשנת 1960, שכלל הרופא בלדינג סקיבנר את מכונת הכליה באמצעות פיתוח שיטה להכנסת שפופרות לתוך ורידי ועורקי החולה, כך שהן יכולות להישאר במקומן למשך חודשים ואפילו שנים. הטיפול בחולים בעלי איברים פגומים ללא תקנה הפך לפשוט יותר.
