1週間～10日間程度のECMO治療で改善が期待できる可逆性の病態に限られた治療法であり、通常の人工呼吸管理では十分に管理できない重症の呼吸不全（新生児横隔膜ヘルニア・胎便吸引症候群など）や心不全に用いられる治療法です。

大血管（多くは内頚静脈や総頚動脈を用いる）に専用の太いカテーテル（管）を留置し、特殊なポンプで、体外に導き出した血液を中空糸でできた体外式膜型人工肺に通して酸素を取り込ませ、炭酸ガスを追い出した後、体内にもどすことによって（体外循環）、肺の呼吸機能を一時的に代行する治療です。