废水处理中，离子交换过程分为几个步骤：
首先，溶液中的目标离子被吸引至离子交换剂颗粒表面，形成一层液体膜包围的离子层，这个过程被称为离子迁移到液膜中。然后，这些离子通过液膜扩散，即膜扩散，逐渐深入颗粒内部（称为颗粒内扩散），直至抵达离子交换剂的交换基团位置。
在此位置，离子与离子交换剂上的离子进行化学反应，进行离子交换。这个过程是瞬时完成的，但整个交换过程的速度，特别是离子从溶液到交换基团的移动，主要受限于膜扩散和颗粒内扩散这两个步骤，其中哪个步骤所需时间最长，决定了整个过程的速率。
借助于离子交换剂中的交换离子同废水中的离子进行交换而除去废水中有害离子的方法。 人类对自然界中的某些离子交换现象早已有所认识。古希腊著作中已有关于使用粘土脱去水中矿物质的叙述。1850年有人发现了土壤中离子交换的现象，以后又有人发现泥土吸附地下水中的离子是可逆反应。