離子交換層析中，基質是由帶有電荷的樹脂或纖維素組成。帶有負電荷的稱之陽離子交換樹脂；而帶有正電荷的稱之陰離子樹脂。離子交換層析同樣可以用于蛋白質的分離純化。由于蛋白質也有等電點，當蛋白質處于不同的pH條件下，其帶電狀況也不同。陰離子交換基質結合帶有負電荷的蛋白質，所以這類蛋白質被留在柱子上，然后通過提高洗脫液中的鹽濃度等措施，將吸附在柱子上的蛋白質洗脫下來。結合較弱的蛋白質首先被洗脫下來。反之陽離子交換基質結合帶有正電荷的蛋白質，結合的蛋白可以通過逐步增加洗脫液中的鹽濃度或是提高洗脫液的pH值洗脫下來。