Η μονάδα EDI αποτελείται από εναλλασσόμενα στρώματα μεμβρανών ανταλλαγής κατιόντων, μεμβρανών ανταλλαγής ανιόντων και ρητίνες ανταλλαγής ιόντων, που σχηματίζουν μια δομή στοίβας μεμβράνης με εναλλασσόμενους θαλάμους αφαλάτωσης και συμπυκνώματος. Υπό συνεχή τάση, τα κατιόντα και τα ανιόντα στο νερό μεταναστεύουν στα αντίστοιχα ηλεκτρόδιά τους: κατιόντα διαπερνούν τη μεμβράνη ανταλλαγής κατιόντων στον θάλαμο συμπυκνώματος αλλά μπλοκάρονται από τη μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντων, ενώ τα ανιόντα διαπερνούν τη μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντων αλλά εμποδίζονται από τη μεμβράνη ανταλλαγής κατιόντων, επιτυγχάνοντας έτσι επιλεκτική κατακράτηση ιόντων.
Η κλίνη μικτής ρητίνης στον θάλαμο αφαλάτωσης επιτυγχάνει δυναμικό καθαρισμό μέσω τριών συνεργιστικών επιδράσεων: πρώτον, απορροφά ιόντα ακαθαρσίας από το νερό μέσω ανταλλαγής ιόντων. Στη συνέχεια, οδηγούμενα από ένα ηλεκτρικό πεδίο, τα προσροφημένα ιόντα μεταναστεύουν στον θάλαμο συμπυκνώματος. Ταυτόχρονα, το Η+ και το ΟΗ- που παράγονται από την ηλεκτρόλυση μορίων νερού αναγεννούν συνεχώς τη ρητίνη, διατηρώντας την ικανότητα ανταλλαγής της. Αυτός ο μηχανισμός αυτο-αναγέννησης εξαλείφει την ανάγκη διακοπής λειτουργίας του συστήματος για χημική αναγέννηση.