Modulul EDI constă din straturi alternante de membrane schimbătoare de cationi, membrane schimbătoare de anioni și rășini schimbătoare de ioni, formând o structură de stivă de membrane cu camere de desalinizare și concentrat alternate. Sub tensiune de curent continuu, cationii și anionii din apă migrează către electrozii corespunzători: cationii pătrund prin membrana schimbătoare de cationi în camera de concentrat, dar sunt blocați de membrana schimbătoare de anioni, în timp ce anionii pătrund prin membrana schimbătoare de anioni, dar sunt blocați de membrana schimbătoare de cationi, realizând astfel o retenție selectivă de ioni.
Patul amestecat de rășini din camera de desalinizare realizează purificarea dinamică prin trei efecte sinergice: în primul rând, adsorb ionii de impurități din apă prin schimb de ioni; apoi, conduși de un câmp electric, ionii adsorbiți migrează în camera de concentrat; simultan, H⁺ și OH⁻ generate din electroliza moleculei de apă regenerează continuu rășina, menținându-i capacitatea de schimb. Acest mecanism de auto-regenerare elimină necesitatea opririi sistemului pentru regenerarea chimică.