EDI膜堆是由夹在两个电极之间一定对数的单元组成。在每个单元内有两类不同的室：待除盐的淡水室和收集所除去杂质离子的浓水室。淡水室中用混匀的阳、阴离子交换树脂填满，这些树脂位于两个膜之间：只允许阳离子透过的阳离子交换膜及只允许阴离子透过的阴离子交换膜。 树脂床利用加在室两端的直流电进行连续地再生，电压使进水中的水分子分解成 H+及 OH-，水中的这些离子受相应电极的吸引，穿过阳、阴离子交换树脂向所对应膜的方向迁移，当这些离子透过交换膜进入浓室后， H +和 OH-结合成水。这种 H+和 OH-的产生及迁移正是树脂得以实现连续再生的机理。
