离子交换是用离子交换剂(常见的是离子交换树脂)分离含电解质的液体混合物的过程。离子交换过程是液体和固体之间的传质(包括外扩 散和内扩 散)和化学反应(离子交换反应)的过程。通常离子交换反应非常快，过程速率主要由传质速率决定。离子交换反应一般是可逆的。在一定条件下，交换的离子可以被解吸(反向交换)，使离子交换剂恢复到原来的状态，即离子交换剂可以通过交换和再生重复使用。同时，离子交换反应是定量进行的，因此离子交换剂的交换容量(每单位质量可被离子交换剂交换的离子的当量或摩尔数)是有限的。
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水溶液中的一些阳离子进入反离子层，而原来在反离子层中的离子交换树脂进入水溶液。在正常浓度下，反离子层和水溶液之间的这种各向同性离子交换称为离子交换。离子交换主要发生在扩 散层和正常水溶液之间。因为粘土颗粒表面通常带负电荷，离子交换主要是阳离子交换，所以也叫阳离子交换。离子交换严格遵循等效定律，即阳离子进入反离子层的当量等于阳离子被置换出反离子层的当量。
早在1850年，土壤吸收铵盐时就发现了离子交换现象。然而，离子交换作为一种现代分离方法，是在20世纪40年代人工合成离子交换树脂之后出现的。离子交换操作的工艺和设备与吸附基本相同，但离子交换的选择性较高，更适合高纯度的分离纯化。