離子交換技術常用于水處理的凈化或提純，是較為成熟的水處理技術手段。

離子交換是應用離子交換劑（最常見的是離子交換樹脂）分離含電解質的液體混合物的過程。離子交換過程是液固兩相間的傳質（包括外擴散和內擴散）與化學反應（離子交換反應）過程，通常離子交換反應進行得很快，過程速率主要由傳質速率決定。

離子交換反應一般是可逆的，在一定條件下被交換的離子可以解吸（逆交換），使離子交換劑恢復到原來的狀態，即離子交換劑通過交換和再生可反復使用。同時，離子交換反應是定量進行的，所以離子交換劑的交換容量（單位質量的離子交換劑所能交換的離子的當量數或摩爾數）是有限的。

離子交換樹脂是帶有官能團（有交換離子的活性基團）、具有網狀結構、不溶性的高分子化合物。通常是球形顆粒物。離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架（或基因）名稱、基本名稱組成。

孔隙結構分凝膠型和大孔型兩種，凡具有物理孔結構的稱大孔型樹脂，在全名稱前加“大孔”。分類屬酸性的應在名稱前加“陽”，分類屬堿性的，在名稱前加“陰”。

離子交換樹脂對溶液中的不同離子有不同的親和力，對它們的吸附有選擇性。各種離子受樹脂交換吸附作用的強弱程度有一般的規律，但不同的樹脂可能略有差異。主要規律如下：

對陽離子的吸附

高價離子通常被優先吸附，而低價離子的吸附較弱。在同價的同類離子中，直徑較大的離子的被吸附較強。一些陽離子被吸附的順序如下：

Fe3⁺ > Al3⁺ > Pb²⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > K⁺ > Na⁺ > H⁺

對陰離子的吸附

強堿性陰離子樹脂對無機酸根的吸附的一般順序為：

SO4^2－> NO^3－ > Cl^－ > HCO^3－ > OH^－

弱堿性陰離子樹脂對陰離子的吸附的一般順序如下：

OH^－>檸檬酸根^3－>SO4^2－> 酒石酸根^2－>草酸根^2－> PO4^3－ >NO^2－ > Cl^－ >；醋酸根^－ > HCO^3－。