正常肝脏有70-75％的血液是由门静脉所供应，而有20-30％是来自肝动脉，而患有肝细胞癌的患者，其癌细胞之生长所需血液90-95％来自肝动脉。肝动脉血管栓塞术是利用导管将栓塞物质或抗癌物质注入肝动脉使肝动脉闭塞，而肝癌细胞因会缺少养份之供应而坏死。正常肝细胞则由门静脉供应血液，仍可保持其机能。
肝动脉栓塞术是由放射线专科医师执行。患者须躺在血管摄影机的平台上，经局部消毒及局部麻醉后，医师会使用针头由鼠蹊部穿刺进入股动脉，确定针头进入股动脉后再将导管置入，沿着股动脉、腹部大动脉而深入肝动脉内。医师会先在这些血管分枝注入显影剂，进行血管摄影，以了解肝动脉的分布、肝门静脉的畅通度及肿瘤的位置、大小及数目等。经评估若患者适合做肝动脉栓塞，则医师会尽量将导管送到接近肝癌的地方，然后注入含碘的油性栓塞物质(Lipiodol)及抗癌药物之混合液，阻断其动脉血流，及使肝癌细胞坏死。
治疗后病人会因癌细胞之坏死或抗癌药物的作用而引起上腹部疼痛、发烧、甚至呕吐现象，其均会在一周左右消退。而其它合并症有胃肠道出血、胆囊坏死、脾脏脓疡、肝脓疡、急性胰脏炎、阻塞性黄疸等等，这些并发症的频率并不高。
对于执行肝动脉栓塞治疗，肝癌病患之选择，若有肝硬化、门静脉阻塞、黄疸、低血压时，则须格外小心。一般而言，肝动脉栓塞术对于大型肝癌、肝功能代偿良好的患者，效果不错，但它可能造成非肝癌部份的肝细胞坏死，所以对肝功能已失代偿的肝癌患者，做完肝动脉栓塞术后可能会引发进一步肝衰竭而致死，另外尚有肝动脉栓塞后症候群。以及肝动脉栓塞术的技术上较困难，特别是已有动脉硬化的老年患者，因此对于不适合作肝动脉栓塞术者、小型肝癌（小于5或3公分）、肝癌数目小于三个者，则以经皮酒精注射法较适合。