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신장이식은 1950년대 후반에도 실행되기는 했지만, 신체의 면역계가 새로 들어온 기관에 대해서 일으키는 거부반응을 제거하는 데 이용되는 면역억제제인 아자타이오프린(azathioprine)이 1963년경에 개발될 때까지는 임상적으로 의미있는 이식술은 시행되지 못했다. 친척에게 제공받은 신장은 신체에서 거부반응이 덜 일어나기 때문에 사체로부터 이식받은 것보다 훨씬 성공적이다. 그럼에도 사체는 훨씬 구하기 쉽고, 제공자가 살아 있을 때 받게 되는 위험이 없기 때문에 현재 이식에 가장 널리 쓰이고 있다.

이식을 하기 전에 피이식자의 면역학적 특징을 주의깊게 분석하고, 가능한 한 피이식자와 면역적으로 가장 비슷한 제공자를 선택한다. 두 사람이 서로 적합한가를 결정하는 데 이용되는 형질에는 혈액형과 조직표지 등이 있다. 살아 있는 제공자로부터 신장을 받는다면 피이식자는 현재 발병중에 있는 신장질환의 조절을 위해 수술 전 몇 주 동안 투석을 실시한다.

사체로부터 제공된 신장은 사체에서 제거된 후 짧은 시간 동안만 살아 있을 수 있기 때문에, 피이식자를 위한 사전투석조치가 불가능할 때도 있다. 피이식자가 무엇에든 감염되어 있으면 이식수술시 면역억제제 투여로 인해 전반적인 면역이 억제되어 감염이 퍼질 우려가 있으므로 수술은 취소된다.

새로운 신장은 장골오목[腸骨窩]에 이식되는데, 혈관끼리 서로 붙는 것을 돕기 위해 대개 오른신장은 왼쪽 장골오목에 놓여지고 왼신장은 오른쪽 장골오목에 놓여진다. 신동맥과 신정맥은 장골동맥과 장골정맥으로 연결되고, 새 신장의 수뇨관은 이미 있던 수뇨관에 연결되거나 또는 방광에 직접 부착된다. 이전에는 피이식자의 신장이 둘 다 제거되었으나 요즘에는 감염이 되었거나 너무 커서 이식될 새 신장이 들어설 여지가 없는 경우가 아니면 나머지 1개의 신장은 그 자리에 남겨둔다. 특히 사체로부터 받은 신장이 거부반응률이 높으며, 어떤 환자들은 2~3번씩 신장을 이식받았다가 떼어내기도 한다.

거부반응은 새 기관이 부착된 뒤 몇 분 안에 시작될 수도 있다. 새 신장의 조직이 면역계에 의해 손상되고 기관이 갑자기 기능을 잃어버리는 급성거부반응은 수술 후 몇 년이 지난 뒤에도 일어날 수 있는데, 처음 3개월 이내에 가장 흔히 일어난다. 신장기능의 퇴폐가 좀더 천천히 진행하는 만성거부반응도 일어날 수 있다. 혈액의 응고를 지연시키는 약과 함께 사용되는 많은 양의 면역억제제는 거부반응을 멈추게 하고 이식조직을 보존한다. 약물사용이 도움이 안 되면 감염이나 다른 합병증이 생기기 전에 대개 신장을 제거한다.

살아 있는 제공자로부터 받은 신장은 대개 즉시 기능을 시작하지만, 사체로부터 받은 신장의 경우에는 조직이 적응해 기능을 시작하기까지 2주일 정도 걸릴 수도 있다. 이식조직으로부터 합병증과 거부반응의 징후가 없으면, 피이식자는 대개 몇 년 간 면역억제제를 계속 복용해야 하지만 2개월 안에 정상적인 삶을 다시 시작할 수 있다. 그러나 이 약은 감염에 대한 저항력을 약화시키기 때문에 그 기간 안에 다른 전신성 합병증이 생길 수 있다.