Deiyonizasyonda besleme suyundan iyonları kimyasal olarak uzaklaştırmak için sentetik iyon değişim reçineleri kullanılır. Su, iyon değişim reçine boncuklarından geçerken, hidrojen ve hidroksit iyonları çözünmüş minerallerle kimyasal olarak değiştirilerek su oluşturulur. Deiyonizasyon reçine yatakları veya kolonları, katyon değişim reçinelerinden ve anyon değişim reçinelerinden ayrı yataklarda veya birlikte paketlenmiş olarak yapılır. Ticari reçinelerin çoğu polistiren sülfonattan yapılır ve polimerizasyondan sonra zıt yüklü iyon değişim bölgeleri eklenir. Katyon değişim ortamları, karşılaştıkları herhangi bir katyonla (örn. Na+, Ca++, Al+++) bir hidrojen iyonunu değiştirmek için sülfonik asit grupları kullanır ve anyon değişim reçineleri, herhangi bir anyonla (örn. Cl-, NO3 - , SO4 -- ) bir hidroksili değiştirmek için poliAPTAC gibi kuaterner amino grupları kullanır. Katyon değiştiriciden gelen hidrojen iyonu anyon değiştiricinin hidroksil iyonuyla birleştiğinde saf su oluşur.
Reçinedeki tüm iyon değişim yerleri sudaki kirleticilerle dolduğunda reçine tükenir. Laboratuvar su sistemlerinde kartuşlar tükendiğinde atılır. Yüksek kapasiteli, daha uzun ömürlü deiyonizasyon paketlerine sahip bir su sistemi seçmek, işletme maliyetlerini büyük ölçüde etkileyecektir. Deiyonizasyon, Tip 1 ultra saf reaktif sınıfı su için özdirenç gereksinimini üreten tek teknolojidir. Ultra saf suyun elektriksel özdirenci 18,2 M‑-cm'dir. Bu düşük iletkenlik, yalnızca çözünmüş monatomik gazların varlığında H+ ve OH− iyonlarının üretimini gerektiren su ayrışma dengesiyle elde edilebilir.
