การผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจ คือการผ่าตัดใส่หัวใจใหม่ เข้าไปในผู้ป่วยที่เป็นโรคหัวใจระยะสุดท้าย เพื่อใช้ทำงานแทนหัวใจเดิม ที่นิยมทำ ในปัจจุบัน คือใช้หัวใจของผู้ที่เสียชีวิตใหม่ๆ นำมาผ่าตัดใส่เข้าไปแทนที่หัวใจเดิมของผู้ป่วยทำสำเร็จเป็นครั้งแรกโดย นายแพทย์คริสเตียน เบอร์นาร์ด (Christian Bernard) ประเทศสาธารณรัฐแอฟริกาใต้ เมื่อปี ค.ศ. ๑๙๖๗ ต่อมาในปี ค.ศ. ๑๙๖๘ มีการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจในประเทศสหรัฐอเมริกา ประเทศในทวีปยุโรป และเอเชีย การผ่าตัดในระยะแรกๆ ได้ผลไม่ดี เพราะขณะนั้นยังไม่มียากดภูมิคุ้มกันที่ดี จำเป็นต้องใช้ยาพวกสเตียรอยด์ ซึ่งมีผลข้างเคียงมาก ผู้ป่วยมักเสียชีวิตจากโรคแทรกซ้อนภายใน ๑-๒ ปี หลังการผ่าตัดการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจจึงซบเซาไประยะหนึ่ง
ต่อมาในปี ค.ศ. ๑๙๘๐ มีผู้ค้นพบยาไซโคลสปอริน ซึ่งเป็นยากดภูมิคุ้มกันที่ดี มีผลข้างเคียงน้อย ทำให้การผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจได้ผลดีขึ้น จึงมีการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจมากขึ้น ปัจจุบันถือว่าการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจ เป็นการรักษาที่เป็นมาตรฐานไม่ใช่การทดลอง ปีหนึ่งๆ มีผู้ได้รับการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจประมาณ ๓,๐๐๐ ราย จากศูนย์การแพทย์ทั่วโลก ประมาณ ๒๐๐ แห่ง
โรคหัวใจที่จำเป็นต้องรักษาด้วยการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจ ได้แก่โรคกล้ามเนื้อหัวใจโป่งพองโดยไม่ทราบสาเหตุ โรคหลอดเลือดหัวใจตีบหรือโรคลิ้นหัวใจพิการระยะสุดท้าย โรคหัวใจพิการแต่กำเนิดบางชนิด ผู้ที่จะได้รับการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจ เป็นผู้ป่วยที่ได้รับการพิจารณาว่าไม่มีวิธีอื่นใดแล้ว และส่วนมากจะมีชีวิตอยู่ได้ไม่เกิน ๑ ปี ถ้าไม่ได้รับการรักษาโดยการผ่าตัด ปกติจะเลือกผู้ที่มีอายุไม่เกิน ๖๐ ปี ไม่มีโรคติดเชื้อหรือโรคมะเร็งของอวัยวะต่างๆ ไม่มีโรคความ
ดันโลหิตสูงในปอด ที่สำคัญมีความเข้าใจในขบวนการผ่าตัด และยินดีที่จะปฏิบัติตามคำแนะนำของแพทย์อย่างเคร่งครัด หัวใจที่จะนำมาใช้ต้องได้จากผู้ที่เสียชีวิตใหม่ๆ โดยอุบัติเหตุหรือโรคทางสมองที่มีการทำลายของแกนสมองจนสมองตายแล้ว มีอายุไม่เกิน ๔๕ ปี มีหมู่เลือดเดียวกับผู้ป่วย ไม่มีโรคหรือความผิดปกติทางหัวใจ และได้รับอนุญาตจากผู้ตาย หรือญาติของผู้ตายบริจาคให้
ขั้นตอนการผ่าตัดคือ นำผู้ป่วยสมองตายเข้าห้องผ่าตัด แล้วผ่าตัดเอาหัวใจออกมาแช่ในน้ำเกลือเย็นจัด จากนั้นเริ่มผ่าตัดผู้ป่วยที่จะเป็นผู้รับการเปลี่ยนหัวใจ โดยต่อเข้ากับเครื่องหัวใจและปอดเทียมชั่วคราว ตัดเอาหัวใจที่พิการออกแล้วเอาหัวใจที่ตัดเตรียมไว้ใส่แทน การผ่าตัดชนิดนี้ทำเป็นครั้งแรกในประเทศไทยเมื่อปี พ.ศ. ๒๕๓๑ นับถึงปัจจุบันประเทศไทยมีผู้ป่วยประมาณ ๗๐ คน ได้รับการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจ ผู้ป่วยรายแรกยังมีชีวิตอยู่อย่างแข็งแรง ๗ ปี ภายหลังการผ่าตัด การติดตามระยะยาวปรากฏว่าได้ผลเป็นที่น่าพอใจ มีอัตรารอดเกิน ๕ ปี ประมาณร้อยละ ๗๐
อุปสรรคสำคัญของการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจก็คือ มีหัวใจบริจาคไม่เพียงพอกับความต้องการเคยมีผู้คำนวณไว้ว่าในปีหนึ่งๆ น่าจะมีผู้เสียชีวิตโดยแกนสมองตายประมาณ ๒๐,๐๐๐ คน แต่ได้หัวใจบริจาคเพียงร้อยละ ๑๐ เท่านั้นอีกร้อยละ ๙๐ ต้องเสียเปล่า ประกอบกับมีผู้ที่ต้องการหัวใจรออยู่เป็นจำนวนมาก จนผู้ที่รอไม่ได้ถึงแก่กรรมก่อนที่จะได้รับหัวใจ จึงมีความพยายามที่จะใช้หัวใจเทียมชนิดสารสงเคราะห์ แต่ปัจจุบันก็ยังไม่มีหัวใจเทียมที่ได้ผลดีทัดเทียมหัวใจที่ได้จากผู้ถึงแก่กรรมใหม่ๆ นอกจากนั้นก็มีการทดลองใช้หัวใจจากสัตว์ เช่น ลิง แต่ก็ยังไม่สามารถแก้ปัญหาเรื่องปฏิกิริยาต่อต้านของร่างกายได้ จึงยังเป็นเพียงขั้นทดลองเท่านั้น
