In ionisierter Form vorliegende Schadstoffe (bei der Grundwassersanierung besonders Schwermetall-/Säure-Ionen) können an einem Ionenaustauscher gebunden werden, wobei dieser gleiche Anzahl an Ionen in die Lösung abgibt. Nach Erschöpfung der Kapazität des Austauschers kann dieser mit Säure oder Lauge regeneriert werden. Die Ionentauscher bedürfen einer problemorientierten Wasservorbehandlung. Ionenaustauschverfahren werden in der Regel nur bei geringen Schadstoffkonzentrationen betrieben (Schwermetallkonzentration < 500 mg/l). Die Austauscher basieren heute fast ausschließlich auf Polystyrol- oder Acrylharz. Bei einer Grundwassersanierung mit vielen verschiedenen Fremdstoffen und einem ökonomisch vertretbaren Aufwand werden in der Regel für Schwermetalle Restkonzentrationen < 10 My g/l erzielt.