離子交換是利用一種不溶性高分子化合物，它的分子中具有解離性基團(交換基)，在水溶液中能與溶液中的其他陽離子或陰離子起交換作用。此種交換反應都是可逆的，一般也都是遵循化學平衡的規律。雖然交換反應都是平衡反應，但在色譜柱上進行時，由于連續添加新的交換溶液，平衡不斷按正反應方向進行，直至完全，因此可以把離子交換劑上的原有離子全部洗脫下來。當一定量的溶液通過交換柱時，由于溶液中的離子不斷被交換而濃度逐漸減少，因此也可以全部被交換而吸著在交換劑上，根據這一原理可以用離子交換法直接從植物提取液中交換含游離離子基團的酸、堿及兩性成分，使與糖類等無游離離子基團的中性物質分開，而被吸著的物質也可用另一洗脫液洗脫下來，這就是常用的離子交換法。
如有兩種以上的成分被吸著在離子交換劑上，用另一洗脫液洗脫時，它們的被洗脫能力取決于各物質洗脫反應的平衡常數，利用物質“吸附”及“解吸附”能力的不同進行分離即為離子交換色譜。
離子交換色譜法大部分采用合成離子交換劑。一種是單體在聚合前本身就含有交換基團，另一種是首先形成聚合物，然后引進交換基團。其中用途最廣的是離子交換樹脂。另外也有在纖維素或多聚糖上人工引入交換基團所成的離子交換劑。大多用于植物大分子蛋白質、核酸、酵素及多糖體的分離精制。