心脏移植手术过程中病人的心脏被取出，捐赠者的心脏被重新缝合到病人胸腔内。心脏移植手术可延长患有严重心脏疾病的病人的生命。与其它器官移植手术一样，心脏移植手术的最大问题是移植排斥反应。如果移植排斥反应得到控制，病人的存活可达10年以上。术后病人需不定期地服用免疫抑制剂，当病人感觉身体情况好转后，在医生的指导下，可进行适当的日常活动。但必需避免剧烈的体力劳动。

病人全身麻醉后，医生在病人胸部胸骨正中作手术切口。中断心脏的血液供应，病人的血液通过人工管道被输送到心肺旁路装置，这装置暂时代替病人的心肺功能，维持病人血液的正常氧化和循环。手术可分为原位心脏移植和异位心脏移植。

原位心脏移植：原位心脏移植手术是从胸骨正中开胸，暴露纵隔，打开心包，切断大血管后通过体外循环机进行辅助循环。供体的心脏在取出之前，给予氯化钾注射处理使心脏停搏，取出后放入冰中保存。通常供体心脏可以在冰中保存4-6小时。衰竭的心脏被切断周围大血管和部分左心房后从受体胸腔中分离出来，剩下的左心房组织保留肺静脉，将供体心脏修剪后植入原心脏部位与受体的血管和剩余左心房组织吻合。供体心脏复跳后，脱离体外循环机，缝合关胸。

异位心脏移植：异位心脏移植指保留受体心脏，且将供体的心脏植入胸腔，并将两个心脏和血管连接形成一个双心”系统。这种术式能够给受体心脏一个恢复的机会。如果移植失败（如出现排斥反应），可以将出现排斥反应的供体心脏切除。异位移植一般用在供体心脏功能不够强健（受体体重远较供者体重大，供体心脏较弱，或患有肺动脉高压）。