Beim Verfahren des Ionenaustauschs wird die Eigenschaft von Stoffen genutzt, in wässriger Lösung nicht neutral, sondern in elektrisch geladener Form als sogenannte Ionen vorzuliegen. Die elektrisch negativen Teilchen heißen Anionen, die positiv geladenen Kationen. Ionenaustauscher bestehen in der Regel aus einem Kunstharzgrundgerüst, an dem aktive Molekülgruppen mittels elektrischer Anziehung gebunden sind. Diese aktiven Moleküle sind entweder Wasserstoff (H+)- bzw. Natrium (Na+)-Kationen oder Hydroxid (OH-)- bzw. Chlorid (Cl-)-Anionen. Wird Wasser an diesem Material vorbeigeleitet, können die Ionen im Wasser gegen Ionen gleicher Ladung ausgetauscht werden. Der Kationenaustauscher tauscht positiv geladene Elemente wie Calcium, Kalium, Magnesium, Cadmium, Caesium, Blei, Kupfer oder Aluminium gegen Wasserstoff- bzw. Natriumionen aus. Der Anionentauscher tauscht negativ geladene Elemente wie Nitrit, Nitrat, Phosphat, Bromid Hydrogensulfat oder Jodid gegen Hydroxid- bzw. Chloridionen aus.

Da jedes Ion eine andere Bindungsstärke besitzt, werden bei diesem Verfahren Ionen mit starken Anziehungseigenschaften besser ausgetauscht, als die schwachen Ionen. Der Austausch kann dabei so lange erfolgen, bis alle Ionen des Trägermaterials gegen Ionen aus dem Wasser getauscht wurden. Wann die Ionenaustauscher erschöpft sind, kann man bei kleinen Haushaltsgeräten kaum kontrollieren, da die Beschaffenheit des Wassers und die benötigte Menge eine wichtige Rolle spielen. Die Gefahr der Verkeimung des Ionenaustauschers und damit der mikrobielen Verunreinigung des gefilterten Wassers ist sehr groß. Um eine Keimverminderung zu erreichen, wird bei Tischfiltern in der Regel Silber zugesetzt, was gesundheitlich für den Menschen bedenklich ist und auch nicht die erwünschte bakterizide Wirkung hat. Eine Regenerierung der Ionenaustauscher ist generell möglich, jedoch werden kleine Filterkartuschen aus Tischgeräten aus Kostengründen nicht regeneriert.