EDI modul se sastoji od naizmjeničnih slojeva membrana za kationsku izmjenu, anionskih izmjenjivačkih membrana i smola za izmjenu jona, formirajući strukturu membranskog sloja s naizmjeničnim komorama za desalinizaciju i koncentrat. Pod istosmjernim naponom, kationi i anioni u vodi migriraju do svojih odgovarajućih elektroda: kationi prolaze kroz membranu za kationsku izmjenu u komoru za koncentrat, ali su blokirani membranom za izmjenu anjona, dok anioni prolaze kroz membranu za izmjenu anjona, ali su blokirani membranom za kationsku izmjenu, čime se postiže selektivno zadržavanje jona.
Sloj mješovite smole u komori za desalinizaciju postiže dinamičko prečišćavanje kroz tri sinergijska efekta: prvo, adsorbira nečistoće iz vode putem jonske izmjene; zatim, vođeni električnim poljem, adsorbovani joni migriraju u komoru za koncentrat; istovremeno, H⁺ i OH⁻ nastali elektrolizom molekula vode kontinuirano regenerišu smolu, održavajući njen kapacitet izmjene. Ovaj -mehanizam samoregeneracije eliminiše potrebu za gašenjem sistema radi hemijske regeneracije.