L'aigua de l'aixeta sovint conté sals dissoltes com ara sodi, calci, magnesi, clorur, nitrats i silici. Aquestes sals estan formades per ions carregats negativament (AC) i ions carregats positivament (Cs). L'osmosi inversa pot eliminar més del 99% d'aquests ions. L'aigua de l'aixeta també conté traces de metalls, gasos dissolts (com el CO2) i altres compostos dèbilment ionitzats (com el silici i el bor) que s'han d'eliminar en el tractament industrial.
La conductivitat de l'efluent d'osmosi inversa RO (aigua d'alimentació EDI) sol ser de 10⁻² μS/cm, amb un valor òptim inferior a 6 μS/cm. Depenent dels requisits específics, la resistivitat de l'aigua ultrapura produïda per EDI pot arribar als 15-18 MΩ·cm. Una qualitat insuficient de l'aigua pot causar danys innecessaris a l'EDI i escurçar-ne la vida útil.
La reacció d'intercanvi té lloc a la cambra de dessalinització del mòdul, on les resines d'intercanvi d'anions utilitzen els seus ions hidròxid (OH⁻) per intercanviar per anions (com ara ions clorur, Cl⁻) a les sals dissoltes. En conseqüència, les resines d'intercanvi catiònic utilitzen els seus ions d'hidrogen (H⁺) per intercanviar per cations (com Na⁺) a les sals dissoltes.
Una pila típica de membranes EDI consta de múltiples unitats intercalades entre dos elèctrodes. Cada unitat conté una cambra de dessalinització i una cambra de concentrat. La cambra de dessalinització s'omple amb una barreja de resines d'intercanvi d'anions i catiònics, que es col·loquen entre la membrana d'intercanvi catiònic i la membrana d'intercanvi d'anions.
S'aplica un camp elèctric de corrent continu entre l'ànode (+) i el càtode (-) als dos extrems del mòdul. Aquest potencial fa que els ions intercanviats a la resina migrin al llarg de la superfície de les partícules de resina i passin a través de la membrana cap a la cambra de concentrat. L'ànode atrau anions (com ara OH-, Cl{-), que passen a través de la membrana d'intercanvi d'anions cap a la cambra de concentrat adjacent però queden bloquejats per la membrana d'intercanvi catiònic, romanent així a la cambra de concentrat. El càtode atreu cations (com H+, Na+), que passen a través de la membrana d'intercanvi catiònic cap a la cambra de concentrat adjacent però queden bloquejats per la membrana d'intercanvi d'anions, romanent així a la cambra de concentrat. A mesura que l'aigua flueix per aquestes dues cambres paral·leles, els ions s'eliminen de la cambra de dessalinització i s'acumulen a la cambra de concentrat adjacent, on després són transportats del mòdul pel flux d'aigua. El voltatge de corrent continu aplicat a la pila de membrana no només impulsa la migració d'ions sinó que també dissocia les molècules d'aigua, generant grans quantitats d'H+ i OH-. Aquests ions H+ i OH- migren sota la influència d'un camp elèctric, regenerant resines d'intercanvi catiònic i intercanvi d'anions desactivades respectivament, aconseguint així una regeneració electroquímica contínua de les resines sense necessitat de productes químics externs. En un sistema EDI típic, aproximadament el 5%-10% de l'aigua d'alimentació entra a la cambra de concentrat. El concentrat es fa circular per una bomba a un cabal elevat, la qual cosa ajuda a millorar l'eficiència de la dessalinització, afavoreix la barreja de l'aigua i redueix el risc d'incrustació. Els ions concentrats es descarreguen del sistema mitjançant la descàrrega d'una part del concentrat.
Per a un funcionament estable i eficient del sistema EDI, és necessari un pretractament adequat de l'aigua d'alimentació (com l'osmosi inversa) per controlar la seva conductivitat, duresa, matèria orgànica i contingut de sòlids en suspensió. Les impureses de l'aigua d'alimentació tenen un impacte significatiu en el mòdul de desionització i poden escurçar-ne la vida útil.
