离子交换反应是可逆反应，这种反应是在固态的树脂和水溶液接触的界面间发生的。在水溶液中，连接在离子交换树脂骨架上的功能基能离解出可交换的离子B+，该离子在较大范围内可以自由移动并能扩散到溶液中。同时，溶液中的同类型离子A+也能扩散到整个树脂结构内部，这两种离子之间的浓度差推动着它们之间进行交换。其浓度差越大，交换速度就越快。
离子交换树脂对不同的离子表现出了不同的交换亲和吸附性能，这种选择性与树脂本身所带有的功能基、骨架结构、交联度有关，也与溶液中离子的浓度、价数有关。一般情况下，离子价数越高，与树脂功能基的静电吸引力越大，亲和力越大；对同价离子而言，原子序数增加，树脂对其选择性也增加。
由于阳离子交换剂可以与水中的阳离子进行交换，阴离子交换剂可以与水中的阴离子进行交换，因此，选用合适的交换剂便可去除水中所有的杂质离子，制得纯净的水。制备纯水用的阳离子交换树脂呈酸性，交换基因主要有磺酸基、羧基或酚基等，它们以H+与被处理水中的金属离子交换。阴离子交换树脂呈碱性，其交换基团主要有季胺基[—N（CH3）3OH]、伯胺基（—NH2）等碱性基因，它们在水中能以OH—与水中的阴离子进行交换反应。采用联合处理装置，使被处理水相继通过H+型阳离子交换剂和OH—型阴离子交换剂，与之进行交换，便可得到纯水。
