離子交換層析法是從複雜的混合物中，分離性質相似大分子的方法之一，依據的原理是物質的酸鹼性，極性，所帶陰陽離子的不同。電荷不同的物質，對管柱上的離子交換劑有不同的親和力，改變沖洗液的離子強度和pH值，物質就能依次從層析柱中分離出來。層析開始前，功能基團與反離子穩定結合，就與反離子發生可逆交換，與層析劑結合被固定下來。因為鹽離子可以與底物競爭功能基團，鹽濃度越高樣品與層析劑結合越不緊密，易被洗脫下來。不同物質與層析劑結合程度不同，洗脫下來的時間不同，因此得以分開。離子交換劑的選擇首重保持欲分離物質的生物活性，以及在不同pH值環境中，此物質所帶的電荷和電性強弱，陰陽離子交換劑的選擇若被分離物質帶正電荷，這些鹼性蛋白質，它們在酸性溶液中較穩定，親和力強，故採用陽離子交換劑。在鹼性溶液中較穩定，則使用陰離子交換劑，如果欲分離的物質是兩性離子，一般考慮在它穩定的pH範圍帶有何種電荷，作為交換劑的選擇。離子交換劑的再生與儲存離子交換劑可在柱上再生，若有脂溶性物質則可用非離子型去汙劑洗柱後再生，也可用乙醇洗滌。

離子交換層析中，為什麼用氯離子洗脫陰離子陰離子交換柱的填料是正電填料,在低鹽條件下可以透過電荷相互作用吸附樣品中的陰離子和負電荷物質（如DNA）.這些帶負電的物質由於其帶電量不同,分子大小不同,因而與正電填料之間的結合力也就不同.用梯度的氯離子（一般用氯化鈉梯度,例如從100mM氯化鈉線性梯度升高到1M氯化鈉）洗脫掛柱樣品時,氯離子會和結合上的物質競爭結合正電填料,伴隨著氯離子濃度的不斷升高,氯離子的競爭作用越來越強,與填料結合的物質會按照親和力從弱到強依次洗脫下來,形成獨立的洗脫峰,從而將這些物質分開.陽離子交換柱與之正好相反,柱子填料為負電荷,用鈉離子洗脫結合的正電物質.