Le cœur et les poumons collaborent pour assurer l'alimentation des cellules de l'organisme en oxygène. Pendant la circulation, le cœur pompe le sang pauvre en oxygène vers les poumons, puis reçoit le sang riche en oxygène provenant des poumons et le distribue dans le reste du corps.
Il arrive que le cœur soit endommagé par une cardiopathie ou un traumatisme. Une opération à cœur ouvert, qui nécessite l'ouverture du thorax et l'exposition du cœur, peut être nécessaire pour réparer la lésion. Certaines interventions à cœur ouvert nécessitent l'arrêt du cœur pour réparer le muscle, les valvules ou d'autres structures du cœur. Un cœur poumon artificiel permet au chirurgien d'arrêter doucement le cœur tout en maintenant la circulation sanguine.
L'appareil est constitué d'une pompe, qui fonctionne comme le cœur, et d'un oxygénateur, qui replace les poumons.
Avec une circulation extracorporelle, le sang pauvre en oxygène est dérivé depuis les chambres supérieures du cœur et dirigé vers un réservoir du cœur poumon artificiel. Le sang est ensuite transféré vers l'oxygénateur qui enrichit le sang en oxygène. Une pompe revoie ensuite le sang vers le système artériel du patient, où l'organisme peut relancer lui même la circulation sanguine. Au terme de l'opération cardiaque, le cœur est redémarré et le cœur poumon artificiel retiré.