在离子交换过程中，被吸附离子在树脂中是按吸附能力大小分层吸附的。现以阳离子交换树脂说明分层吸附原理。天然水中不会只含单纯一种阳离子，通常都含有多种阳离子。为了说明问题，以含有Fe^3＋、Ca^2＋和Na^＋的水通过刚再生好的H型离子交换树脂为例，其分层吸附原理见下图。

分层吸附原理：1—失效层；2—工作层；3—保护层

进水的初期，由于交换树脂是H型，故水中各种阳离子都与树脂上的H^＋相交换。但因各种阳离子选择性的不同，交换树脂吸附的离子在树脂层中有分层现象。即依据离子被树脂吸附能力的大小，自上而下依次被吸附的顺序为Fe^3＋、Ca^2＋、Na^＋。

第一阶段当交换床不断进水时，由于Fe^3＋比Ca^2＋和Na^＋更易被吸附，于是进水中的Fe^3＋可与已吸附了Ca^2＋的树脂层进行交换，Ca^2＋被Fe^3＋置换下来，使吸附Fe^3＋的交换层不断扩大；而被置换下来的Ca^2＋会连同进水中的Ca^2＋一起，又进入已吸附了Na^＋的树脂层，将Na^＋置换下来，使吸附Ca^2＋的交换层不断扩大和下移。

同理，吸附Na^＋的交换层也会不断扩大和下移。

在吸附Na^＋的树脂层下面，有一层树脂层是Na^＋和H型树脂进行交换的区域，可以把它看作是“工作层”。第二阶段当此层移动到交换床树脂层下沿时，若再运行，则进水中交换能力较小的Na^＋就会首先出现在水中。第三阶段，如继续运行，Na^＋离子全部转移至水中，当Ca^2＋的工作层移至树脂最下沿时，Ca^2＋也会出现在出水中。

所以当含有Fe^3＋、Ca^2＋、Na^＋的水自上而下地通过H型交换树脂时，它们在树脂层中的分布规律大体如下：

（1）被吸附离子在树脂层中的分布，是按其被树脂吸附能力的大小，自上而下依次分布，最上部是吸附能力最大的离子，最下部是吸附能力最小的离子。依据以上原理，交换后的树脂层中的离子，按自上而下的顺序排列为Fe^3＋、Ca^2＋、Mg^2＋、Na^＋和H^＋。

（2）各种离子被吸附能力的差异越大，则它们在树脂层中的分布就越明显（例如对化合价不同的离子）。

（3）对于交换能力差异较小的不同离子（例如化合价相同的离子），在树脂层中的分布差异并不明显，仅在同一树脂层上，表现出上、下部吸附离子含量的比例的不同。