离子交换可以看做是固相的例子交换树脂与液相（废水）电解质之间的化学置换反应。其反应一般都是可逆的。阳离子交换过程可用下式表示：

阴离子交换过程可用下式表示：

式中：R表示树脂本体；A、C表示树脂上可被交换的离子；B、D表示溶液中可以交换的离子。

离子交换过程可分为四个连续的步骤：

(1）离子从溶液主体向颗粒表面扩散，穿过颗粒表面液膜（液膜扩散）。

(2）穿过液膜的离子继续在颗粒内交联网孔中扩散，直至达到某一活性基团位置。

(3）目的离子和活性基团中的日f交换离子发生交换反应。

(4）被交换下来的离子沿着与目的离子运动相反的方向扩散，最后被主体水流带走。

上述几步中，交换反应速率与扩散相比要快得多，因此总交换速度由扩散过程控制。由Fick定律，扩散速度可写成

式中:C₁，C₂分别为扩散界面层两侧的离子浓度，C₁ >C₂；δ为界面层厚度，相当于总扩散阻力的厚度;；D°为总扩散系数。