Per capire come funziona la resina è utile partire dalla reazione stessa: lo scambio ionico è un interscambio reversibile di particelle cariche, o ioni, con altri di carica analoga. Gli ioni trattenuti su una matrice di resina insolubile si scambiano di posto con ioni di carica simile presenti nella soluzione circostante.
Questo avviene perché i gruppi funzionali sono ioni fissi legati in modo permanente all'interno della matrice polimerica. Tali cariche si legano facilmente agli ioni di carica opposta apportati dalla soluzione. Lo scambio prosegue fino al raggiungimento dell'equilibrio, punto in cui il letto è esausto ai fini pratici.
In esercizio, il flusso da trattare attraversa il letto di resina. Mentre la soluzione passa tra le sfere, i gruppi funzionali attraggono i controioni dalla soluzione. Quando i siti disponibili sono saturati, la resina viene rigenerata con una soluzione concentrata che inverte la reazione, ripristinando la forma ionica originaria e rilasciando le specie catturate in un volume di rifiuto ridotto e gestibile. Questo ciclo può essere ripetuto da centinaia a migliaia di volte.