用離子交換法制的實驗用水，常稱去離子水或離子交換水。此法的優點是操作與設備均不複雜，出水量大，成本低。在大量用水的場合有替代蒸餾法製備純水的趨勢。離子交換法能除去原水中絕大部分鹽、鹼和游離酸，但不能完全除去有機物和非電解質。因此，要獲得既無電解質又無微生物等雜質的純水，還須將離子交換水再進行蒸餾。為了除去非電解質雜質和減少離子交換樹脂的再生處理頻率，提高交換樹脂的利用率，最好利用市售的普通蒸餾水或電滲水代替原水，進行離子交換處理而製備去離子水。離子交換法製備純水，仍是目前實驗室常用的方法。
1.離子交換樹脂及交換原理
離子交換樹脂是一種高分子化合物，通常為半透明的淺黃、黃或棕色球狀物。它不溶於水、酸、鹼及鹽中，對有機溶劑、氧化劑、還原劑等化學試劑也具有一定的穩定性，對熱也較穩定。離子交換樹脂具有交換容量高、機械強度好、膨脹性小、可以長期使用等優點。在離子交換樹脂網狀結構的骨架上，有許多可以與溶液中離子起交換作用的活性基團。根據活性基團的不同，分陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩類。在陽離子交換樹脂中又有強酸性陽離子交換樹脂，如聚苯乙烯磺酸型樹脂R—SO3H（如國產732型樹脂）和弱酸性陽離子交換樹脂，如丙烯酸型樹脂 （如國產110型樹脂）。陰離子交換樹脂也分為強鹼性陰離子交換樹脂，如聚苯乙烯季銨鹽樹脂R—N（CH3）3OH（如國產717型、711型）和弱鹼性陰離子交換樹脂，如聚苯乙烯仲胺型樹脂R—N（CH3）2（如國產710A、710B型）。
當水流過裝有離子交換樹脂的交換器時，水中的雜質陽離子被交換於離子交換樹脂上，樹脂上可交換的陽離子H+被置換到水中，並和水中的陰離子組成無機酸。其反應式如下：
含有無機酸的水再通過季胺型陰離子樹脂（R—NMe3OH）層時，水中的陰離子被樹脂吸附，樹脂上可交換陰離子OH-被置換到水中，並與水中的H+結合成水，其反應式如下：
通過上述的離子交換過程，即可製得純度較高的去離子水。
2.離子交換裝置
市場上已有成套的離子交換純水器出售。實驗室亦可用簡易的離子交換柱製備純水。交換柱常用玻璃、有機玻璃或聚乙烯管材製成，進、出水管和閥門最好也用聚乙烯製成，也可用橡皮管加上彈簧夾。簡單的交換柱可用酸式滴定管裝入交換樹脂製成，在滴定管下部塞上玻璃棉，均勻地裝入一定高度的樹脂就構成了一個簡單的離子交換柱。通常樹脂層高度與柱內徑之比至少要大於5:1。
自來水通過陽離子交換柱（簡稱陽柱）除去陽離子，再通過陰離子交換柱（簡稱陰柱）除去陰離子，流出的水既可以做實驗用水。但它的水質不太好，pH值常大於7。為了提高水質，再串聯一個陽、陰離子交換樹脂混合的「混合柱」，就得到較好的實驗用水。
離子交換製備實驗用水的流程，分為單床、復床（陽柱、陰柱）、混合床等幾種。若選用陽柱加陰柱的復床，再串聯混合床的系統，製備的純水就能很好地滿足各種實驗工作對水質的要求。