Mô-đun EDI bao gồm các lớp màng trao đổi cation, màng trao đổi anion và nhựa trao đổi ion xen kẽ nhau, tạo thành cấu trúc ngăn xếp màng với các buồng khử muối và cô đặc xen kẽ. Dưới điện áp DC, các cation và anion trong nước di chuyển đến các điện cực tương ứng của chúng: các cation thấm qua màng trao đổi cation vào buồng cô đặc nhưng bị chặn bởi màng trao đổi anion, trong khi các anion thấm qua màng trao đổi anion nhưng bị chặn bởi màng trao đổi cation, do đó đạt được khả năng giữ ion chọn lọc.
Lớp nhựa hỗn hợp trong buồng khử muối đạt được khả năng lọc động thông qua ba tác dụng hiệp đồng: thứ nhất, nó hấp thụ các ion tạp chất từ nước thông qua trao đổi ion; sau đó, được điều khiển bởi điện trường, các ion bị hấp phụ sẽ di chuyển đến buồng cô đặc; đồng thời, H⁺ và OH⁻ được tạo ra từ quá trình điện phân phân tử nước liên tục tái tạo nhựa, duy trì khả năng trao đổi của nó. Cơ chế tự phục hồi này giúp loại bỏ nhu cầu tắt hệ thống để tái tạo hóa chất.