Fredrik Kiil er internasjonalt særlig kjent for sitt bidrag til forbedring av den kunstige nyre.
Kiil vokste opp i Narvik og tok examen artium ved Narvik videregående skole 1940. Han avla medisinsk embetseksamen i Oslo 1948. 1958 disputerte han for den medisinske doktorgrad på avhandlingen The function of the Ureter and Renal Pelvis. Han ble godkjent spesialist i indremedisin 1961. 1961 og 1962 arbeidet han eksperimentelt ved Southwestern Medical School, University of Texas.
Internasjonalt ble det i begynnelsen av 1950-årene aktuelt å behandle pasienter med nyresvikt ved hjelp av dialyse eller såkalt “kunstig nyre”. I en kunstig nyre fjernes avfallsstoffer fra kroppen ved at blod sirkulerer fra pasienten gjennom et apparat bestående av gjennomtrengelige rør eller plater omgitt av en væske med sammensetning nær normalt blodplasma, og som tillater at avfallsstoffene blir skilt ut, mens det rensede blodet går tilbake til pasienten. Selv om de kunstige nyrer som var tilgjengelige på markedet i denne tidlige fasen ikke var særlig velutviklede, tok den fremsynte professor Carl Semb ved Ullevål sykehus initiativ til å skaffe et slikt apparat til sykehuset, og han fikk Kiil til å engasjere seg i arbeidet med å få maskinen i drift.
Det viste seg imidlertid at maskinen hadde en del svake sider som Kiil ikke klarte å gjøre noe med, og han satte derfor i gang med å utvikle en helt ny modell basert på “parallel flow”-prinsippet. Kiils innsats på dette området er uten tvil betydelig. Gjennom iherdig arbeid sammen med ingeniør Bjørn Amundsen, hvor ulike materialer ble prøvd og hvor ikke minst sammenkoblinger var en stor utfordring, fremstod en modell basert på parallel flow som ble gjenstand for omfattende utprøving. Den ble en suksess og har i ettertid blitt omtalt som “the Kiil kidney”. Den ble en internasjonal standard.
1962 ble Fredrik Kiil utnevnt til professor i medisin og samme år ansatt som leder av Institutt for eksperimentell medisinsk forskning ved Ullevål sykehus, en stilling han hadde til han gikk av med pensjon 1991. Han bygde her opp et meget aktivt forskningsmiljø med hovedvekt på nyre- og hjertefysiologi, og han var selv aktivt med som forsker på begge områder. Han var fremsynt nok til også å arbeide frem en plass for immunologi ved instituttet.
Innenfor nyrefysiologi er det nok særlig studier av sammenhengen mellom natriumbehandlingen og energiomsetning som står sentralt, sammen med studier av blodgjennomstrømning og nyrens frisetting av renin (et hormon som har stor betydning for blodtrykk og organismens salthusholdning). Innen hjertefysiologi har Kiil arbeidet med blodstrømsregulering og hjertekamrenes dynamikk.
Fredrik Kiils forskning er preget av stor evne til analytisk tenkning og metodeutvikling. Den analytiske evnen kommer frem i hans bidrag til å øke forståelsen av de fysikalsk-kjemiske prinsipper for osmose. Mer enn de fleste har han hatt evne til på en produktiv måte å knytte til seg ingeniører med ulik bakgrunn. Disse medvirket sterkt til instituttets sterke stilling som forskningssentrum. Et imponerende antall forskerrekrutter fikk i Kiils periode som leder sin utdannelse og sine doktorgrader ved instituttet.
Kiil besitter et vell av kunnskaper som han gjerne deler med andre. Han har en meget direkte intellektuell stil og har uttalt at han styrte det store instituttet som et opplyst enevelde langt inn i den tiden da demokrati ble innført ved universitetet. Det er en vanlig oppfatning at det er en dekkende beskrivelse av hans styringsform – opplyst og effektiv.
Fredrik Kiil er medlem av Det Norske Videnskaps-Aakademi. Han ble tildelt Fridtjof Nansens pris 1974 og den store Jahreprisen 1980. Videre fikk han 1982 den amerikanske National Kidney Foundation Dialysis Pioneering Award. Han ble utnevnt til ridder av 1. klasse av St. Olavs Orden 1990.