Ionenaustauschverfahren werden in der Regel bei geringen Schadstoffkonzentrationen betrieben und gelten i.d.R. nur als Zwischen- bzw. zumeist Endstufe innerhalb eines Abwasserreinigungskonzeptes. Die Austauschmaterialien basieren heute fast ausschließlich auf Polystyrol- oder Acrylharz. Die wichtigsten Anwendungsbereiche sind die Aufbereitung von Brauchwasser (z.B. aus Brunnen) mit Enthärtung sowie die Entfernung von Schwermetallionen aus Abwässern. Je nach eingesetztem Austauschmaterial wird zwischen Kationenaustauschern, Anionenaustauschern und Mischaustauschern unterschieden.

Beispielsweise werden bei der Enthärtung durch Natriumionenaustausch sämtliche im Wasser enthaltenen Kationen gegen Natriumionen ausgetauscht. 

Nach Erschöpfung der Austauschkapazität des Harzes, muss eine Regeneration erfolgen. Der Regenrationsvorgang selbst stellt wiederum eine zu berücksichtigende Umweltbelastung dar, da hierfür spezielle Chemikalien benötigt werden.

In einige Fällen wird zur Herstellung der geforderten Wasserqualität eine Kombination in Reihe geschalteter Ionenaustauschfilter verwendet. Ist keine vollständige Entfernung der betreffenden Ionenarten beabsichtigt, wird das Produktwasser in dem gewünschten Verhältnis mit unbehandeltem Wasser verschnitten.

Für einen kontinuierlichen Betreib mit Ionenaustauschern sind mindestens zwei parallel geschaltete Anlagen notwendig, da ein Austauscher während der Regenerierungsphase kein Produktwasser erzeugen kann.

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