Il modulo EDI è costituito da strati alternati di membrane a scambio cationico, membrane a scambio anionico e resine a scambio ionico, che formano una struttura a strati di membrane con camere di desalinizzazione e concentrazione alternate. Sotto tensione continua, i cationi e gli anioni nell'acqua migrano verso i loro elettrodi corrispondenti: i cationi permeano attraverso la membrana a scambio cationico nella camera di concentrato ma vengono bloccati dalla membrana a scambio anionico, mentre gli anioni permeano attraverso la membrana a scambio anionico ma vengono bloccati dalla membrana a scambio cationico, ottenendo così una ritenzione ionica selettiva.
Il letto di resina mista nella camera di desalinizzazione ottiene una purificazione dinamica attraverso tre effetti sinergici: in primo luogo, assorbe gli ioni impurità dall'acqua attraverso lo scambio ionico; poi, spinti da un campo elettrico, gli ioni adsorbiti migrano nella camera di concentrato; contemporaneamente, H⁺ e OH⁻ generati dall'elettrolisi della molecola d'acqua rigenerano continuamente la resina, mantenendone la capacità di scambio. Questo meccanismo di auto-rigenerazione elimina la necessità di spegnere il sistema per la rigenerazione chimica.