Wasserdeionisierung besteht darin, elektrisch geladene gelöste (ionisierte) Substanzen zu entfernen. Nicht elektrisch geladene Substanzen, wie organische Verbindungen, werden beim Durchgang durch das Harz nicht beeinflusst. Der Deionisierungsprozess wird durch ein Ionenaustauscherharz durchgeführt. Diese können kationisch sein, wenn sie gelöste Kationen im Wasser (Natrium, Calcium, Magnesium, Eisen und andere) austauschen, oder anionisch, wenn sie gelöste Anionen im Wasser (Carbonat, Chlorid, Nitrat usw.) durch Hydroxylradikale ersetzen. Um alle Wasserionen zu entfernen, kann eine Kombination von Harzen verwendet werden, eines anionisch und ein anderes kationisch, beide in Reihe geschaltet.
Ionenaustauscherharze haben eine begrenzte Austauschkapazität. Wenn sie erschöpft sind, können sie keine Ionen mehr austauschen und müssen einem Regenerationsprozess unterzogen werden, um ihre volle Kapazität wieder zu erreichen.