Alternativ kann die Peritonealdialyse (siehe Abbildung) durchgeführt werden. Das Blut wird bei diesem Verfahren nicht außerhalb des Körpers gereinigt, sondern im Körperinneren über das Bauchfell (Peritoneum).
Das Bauchfell ist eine dünne Haut, die die Bauchhöhle von innen auskleidet. Sie ist von vielen kleinen Kapillaren durchzogen und kann als Filter für verschiedene Substanzen im Blut genutzt werden. Will man das Blut auf diese Art von Giftstoffen befreien, so muss man Flüssigkeit in die Bauchhöhle einbringen. Zu diesem Zweck wird ein dünner Katheter (Tenckhoff-Katheter) durch die Bauchdecke eingeführt. Füllt man nun die Bauchhöhle mit einer salz- und zuckerhaltigen Dialyselösung auf, so bewegen sich die harnpflichtigen Substanzen aus dem Blut in diese „saubere“ Lösung, bis sich die Konzentrationen von Blut und Dialysat nach einigen Stunden angeglichen haben. Nun wird die Flüssigkeit wieder aus der Bauchhöhle abgelassen.
In der Regel wird dieser Vorgang viermal täglich durchgeführt. Man kann auch mit „vollem Bauch“ seinem normalen täglichen Leben nachgehen. Alternativ zu den über den Tag stattfindenden Beutelwechseln kann bei einem Teil der Patienten auch nachts ein automatisiertes Verfahren mit Hilfe eines sogenannten Cyclers genutzt werden. Die Bauchfelldialyse verschafft gegenüber der Hämodialyse ein höheres Maß an Flexibilität und Ungebundenheit, da die dreimal wöchentlichen Besuche im Dialysezentrum entfallen. Das Verfahren wird in den eigenen vier Wänden durchgeführt. Die Peritonealdialyse geht jedoch mit einem höheren Maß an Eigenverantwortung einher. Während bei der Hämodialyse das Personal im Zentrum die Dialyse durchführt, liegt die Peritonealdialyse in den Händen des Patienten selbst. Aus medizinischer Sicht sind beide Verfahren einander weitgehend ebenbürtig. Die Restausscheidung bleibt bei der Peritonealdialyse häufig etwas länger erhalten, was durch die höhere mögliche Trinkmenge Vorteile für die Lebensqualität mit sich bringt.