凡外观透明、具有均相高分子凝胶结构的离子交换树脂统称为凝胶型离子交换树脂。这类树脂表面光滑，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶状。树脂内大分子之间的间隙为2~4nm。一般无机小分子的半径在1nm以下，因此可自由地通过离子交换树脂内大分子链的间隙。在无水状态下，凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过。所以，这类离子交换树脂在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。
离子交换树脂基质通过在称为聚合的过程中使烃链彼此交联而形成。交联使树脂聚合物具有更强，更有弹性的结构和更大的容量（按体积计）。虽然大多数IX树脂的化学组成是聚苯乙烯，但某些类型是由丙烯酸（丙烯腈或丙烯酸甲酯）制造的。然后树脂聚合物经历一种或多种化学处理以将官能团结合到位于整个基质中的离子交换位点。这些官能团赋予IX树脂其分离能力，并且从一种树脂到下一种树脂会有很大差异。
离子交换树脂以这种方式起作用，因为它的官能团基本上是固定的离子，它们地结合在树脂的聚合物基质中。这些带电离子将容易与相反电荷的离子结合，这些离子通过施加抗衡离子溶液而被输送。这些反离子将继续与官能团结合，直至达到平衡。
在离子交换循环期间，将待处理的溶液加入离子交换树脂床中并使其流过树脂。当溶液移动通过离子交换树脂时，树脂的官能团吸引溶液中存在的任何抗衡离子。如果官能团对新抗衡离子的亲和力大于已经存在的那些离子，那么溶液中的离子将移除现有的离子并取代它们，通过共享的静电吸引力与官能团结合。通常，离子的尺寸和/或价数越大，其与相反电荷的离子的亲和力就越大。
当树脂再生过程中，一旦使用了质量不好的工业盐酸或副产品盐酸，其就会对树脂造成损害，游离氯的含量应小于0.1mg/L。防止树脂被氧化的方法活性炭过滤。因为活性炭具有能够除去水中游离氯的原理，经过一系列化学反应，当活性炭表面吸附的氯已经达到一定值时就会发生很多反应。
如果再生温度太低，则在强碱阴离子树脂中可能发生二氧化硅结垢，或者如果来自用于再生弱碱单元的SBA单元的废水含有过多的二氧化硅，则在弱碱树脂中发生二氧化硅结垢。在低pH水平下，二氧化硅的聚合可以在弱碱树脂中发生。在耗尽的强碱阴离子树脂中也可能存在问题。通过在温（120°F）苛性钠中长时间浸泡除去二氧化硅污垢。
