离子交换层析是根据蛋白与填料之间可逆地电荷相互作用而进行分离的一种层析技术。生物分子即使有很小的电荷差异也可以被分离开。选择性最佳的离子交换剂和最优的实验条件有利于我们获得最高的分辨率。

蛋白质的带电性取决于溶液的pH。一般，当溶液pH高于蛋白的等电点（pI）是，蛋白质会带负电荷，结合到带正电荷的阴离子交换填料上。当溶液pH小于蛋白的等电点时，蛋白带正电，结合到带负电的阳离子交换填料上。典型的，当pH高于蛋白的等电点（PI）时，蛋白质会结合到带正电荷的阴离子交换剂上。在等电点以下时，蛋白质会结合到带负电荷的阳离子交换剂上。

在离子交换层析中，蛋白质会在低离子强度下结合在层析介质上。接下来通过提高盐浓度或改变pH使得结合的蛋白洗脱下来。洗脱方式可以选择连续梯度洗脱或分步洗脱。