在固相和液相間進行的一種離子可逆交換過程。在過程中固相結構不發生永久性的改變。這種固相物質稱為離子交換劑，如矽酸鹽、磷酸鹽、氧化鋁、樹脂、生物細胞以及許多無機物的沉澱都具有離子交換性質。早在19世紀中葉就有關於離子交換現象的敘述。20世紀初期離子交換技術已用於水的軟化。1935年亞當斯(B.A.Adams)和霍姆斯(E.L.Holmes)觀察到某些合成樹脂具有交換離子的能力。後來進一步發現磺酸型樹脂可以作為穩定而交換量大的陽離子交換劑；聚胺型樹脂表現出良好好的陰離子交換性能。從1944年美國通用電氣公司由聚苯乙烯制得瞭合成離子交換樹脂後，現代離子交換技術才真正開始形成。50年代以來，離子交換技術在水處理，金屬的提取、分離和回收，化學分析以及化合物提純等方面，已有大規模工業應用。
類型、結構及交換原理 離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。陽離子交換樹脂都有高度聚合而緊密交聯的結構，其中含有固定的極性陰離子基團，它的電荷由陽離子中和。這些陽離子交換樹脂一般是溶解度極小的電解質，含有一個不能擴散的陰離子和一個簡單的可以擴散的陽離子。這些樹脂的離子性質主要由磺酸、羧酸或磷酸基等極性基團來決定，而與樹脂結構的非極性部分無關。
在離子型固體中，陰離子的交換也可以用陽離子交換的理論加以解釋。陰離子交換動力學也與陽離子十分相似。以聚胺型陰離子交換樹脂為代表的陰離子交換劑，是一種聚電解質；其中的陽離子是高交聯而帶有電荷的不擴散離子，這些離子的電荷被擴散的陰離子所平衡。一般認為，離子交換速度決定於擴散速度，而擴散速度又與樹脂顆粒大小、溶液的濃度、溫度、交換容量的飽和度等有關。
離子交換反應是可逆的。當用過量的電解質水溶液洗滌樹脂時，樹脂全部轉換為所需要鹽的形式：
RA+＋B+─→RB+＋A+
再用含 A +溶液與此樹脂接觸時，將呈現一個再生平衡。此再生平衡決定於樹脂的選擇性，對於上述反應的選擇系數 K峮可以表示為：
式中
m和
分別表示溶液相和樹脂相的A、B離子濃度。這個選擇系數與平衡常數不同，它受濃度影響。
乘以
為校正選擇系數，
γ和峚 分別表示平衡狀態下溶液中和樹脂中A、B離子的活度系數。極強的氧化劑、高溫及
γ射線照射等都會對離子交換樹脂的穩定性產生影響。此外，尚有離子交換佈、離子交換膜、液體陰離子交換樹脂、選擇性離子交換樹脂以及電子交換樹脂等，在性能上各有其特點。
離子交換技術及其應用 離子交換已經廣泛地成為化工和冶金的單元操作。有多種方法使溶液與樹脂接觸，然而基本技術大致有間歇式操作、管柱式操作和流動層連續操作。離子交換技術主要用於水的處理。以美國為例，處理水的用量超過總量的80％。另一重要用途是濕法冶金，包括：①濃縮並提純某些礦物浸取液中的金屬組分；②用一般方法難以分離的性質相似金屬的提純；③回收冶金過程中殘渣及廢液中的金屬組分；④處理浮選法選礦用水；⑤冶金工業廢水的處理等。最突出的例子為鈾的提取，鑭系金屬的分離與提純(見稀土金屬)、錒系金屬的分離，一些有色重金屬、貴金屬的回收。隨著用於冶煉的有色金屬礦品位的不斷下降和組分的復雜化，離子交換技術的應用將日益廣泛。
中國從20世紀50年代即開始在工業上應用此種技術，並生產出多種牌號的陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂以及凝膠樹脂、大孔樹脂、大比重樹脂(均相及非均相)、金屬離子選擇吸附樹脂、離子纖維催化樹脂、離子交換纖維、離子交換膜等。
參考書目
F.C.納考德、J.修伯特主編，錢庭寶等譯：《離子交換技術》，科學出版社，北京，1960。(F.C.Nachod &J.Schubert，Ion Exchange Technology，Academic Press，New York，1956.)
李基森等編譯：《離子交換膜及其應用》，科學出版社，北京，1977。