おもに「弁狭窄症」に対して行う手術で、動脈硬化などによって壊れた心臓の弁を人工のものに取り換えます。また、三尖弁閉鎖症のうち、弁形成術を用いることができないケースにもこの手術を行います。

自己弁の代替となる人工弁には金属でできた機械弁と、豚や牛の組織からつくられた生体弁があります。機械弁は耐久性に優れ、半永久的に保ちますが、抗血液凝固剤の服用が生涯に渡って必要になります。生体弁は抗血液凝固剤を飲み続ける必要がない反面、耐久性については機械弁に劣り、およそ１０～２０年ほどです。

かつてはリュウマチ熱による、菌が何十年とかけて弁を硬化させた結果の狭窄症が数多くありましたが、現在では抗生剤の普及のため、ほとんどみられなくなりました。

この２種の人工弁の選択について、アメリカのガイドラインには６０歳以上は生体弁を、以下は機械弁を用いるべきとありますが、これはアメリカ人の平均寿命がおよそ７０歳であるためで、日本においては７０歳前後を境目とし、６０歳後半以上であれば生体弁を、前半以下であれば機械弁を用いるのが基本的に適します。

心臓の弁を人工のものに取り換える点で、大きく異なります。また、弁狭窄症に対してはほとんどの場合がこの弁置換術を行い、ごくまれな小児などの例外を除いて、弁形成術を採ることはありません。

人工弁は機械弁、生体弁ともに、細菌に弱い傾向を持ちます。人工弁に菌が付着してしまった場合、再手術によってこれを交換しなければなりません。怪我の際の外傷からの侵入のみでなく、虫歯の菌が付着することもあるため、術後は歯科へしっかり通うことも重要です。
また、機械弁の場合は抗血液凝固剤の服用を忘れてしまったために血の塊が付着し、人工弁が開かなくなってしまったケースもしばしば起きています。