EDI modul se sastoji od izmjeničnih slojeva membrana za kationsku izmjenu, membrana za anionsku izmjenu i smola za ionsku izmjenu, tvoreći membransku strukturu s izmjeničnim komorama za desalinizaciju i koncentrat. Pod istosmjernim naponom, kationi i anioni u vodi migriraju do svojih odgovarajućih elektroda: kationi prodiru kroz membranu za izmjenu kationa u komoru za koncentrat, ali ih blokira membrana za izmjenu aniona, dok anioni prolaze kroz membranu za izmjenu aniona, ali ih blokira membrana za izmjenu kationa, čime se postiže selektivno zadržavanje iona.
Sloj miješane smole u komori za desalinizaciju postiže dinamičko pročišćavanje kroz tri sinergistička učinka: prvo, adsorbira ione nečistoće iz vode kroz ionsku izmjenu; zatim, vođeni električnim poljem, adsorbirani ioni migriraju u komoru koncentrata; istovremeno, H⁺ i OH⁻ koji nastaju elektrolizom molekule vode kontinuirano regeneriraju smolu, održavajući njezin kapacitet izmjene. Ovaj mehanizam samo-regeneracije eliminira potrebu za isključivanjem sustava radi kemijske regeneracije.