Systemy zmiękczania wody wykorzystują proces zwany wymianą jonową do usuwania wapnia i magnezu, które są znakami towarowymi twardej wody. Zbyt twarda woda może utrudnić czyszczenie w gospodarstwie domowym, ponieważ często pozostawia resztki na urządzeniach kuchennych i łazienkowych, matowie odzież i pozostawia plamy na naczyniach. Zmiękczanie wody musi być jednak stosowane ostrożnie, ponieważ wymienia sód na minerały, które nadają wodzie właściwości i może być szkodliwe dla osób na diecie niskosodowej. Sód wytwarzany przez zmiękczanie wody również może być szkodliwy dla roślin. Różne typy systemów zmiękczania wody wykorzystują wymianę jonową, ale różnią się ilością wkładu, jakiej wymagają od operatora.
Twarda woda pochodzi ze źródeł wód gruntowych, takich jak warstwy wodonośne, ponieważ wapń, magnez i inne minerały rozpuszczają się w wodzie z okolicznych skał. Wapń i magnez powodują cechy, które określa się jako twarde. Twardość mierzy się w ziarnach na galon (GPG), przy czym jedno ziarno o twardości jest równe wagowo jednemu ziarnu pszenicy. Każda woda zawierająca więcej niż 1 GPG wapnia i magnezu jest uważana za twardą, a ponad 10.5 GPG jest klasyfikowana jako bardzo twarda.
Chemikalia są czasami dodawane do detergentów do prania w celu zmiękczenia wody używanej do prania ubrań, ale wszystkie systemy zmiękczania wody, które uzdatniają wodę używaną przez cały dom, wykorzystują wymianę jonową. Jon jest cząsteczką naładowaną elektrycznie, a różne jony mogą mieć różne siły ładunku. Zmiękczacze wody zawierają medium wymienne, które na początku jest pokryte dodatnio naładowanymi jonami sodu. Jony wapnia i magnezu w twardej wodzie również są naładowane dodatnio, ale mają ładunek silniejszy niż jony sodu. Oznacza to, że gdy woda przechodzi przez ośrodek wymiany, jony wapnia i magnezu są wychwytywane przez ośrodek, podczas gdy jony sodu są z niego uwalniane, ponieważ jony wapnia i magnezu są silniej przyciągane.
Ostatecznie medium wymiany w układzie zmiękczania wody zostaje całkowicie pokryte jonami wapnia i magnezu. W takim przypadku zmiękczacz jest płukany roztworem chlorku sodu w procesie znanym jako ponowne ładowanie. Jony wapnia i magnezu tworzą związki z chlorem i są wypłukiwane, podczas gdy jony sodu ponownie przyłączają się do medium wymiany.
Różne typy systemów zmiękczania wody różnią się w zależności od tego, ile pracy musi wykonać użytkownik, aby je naładować. Najpopularniejszym typem domowych zmiękczaczy wody są automatyczne zmiękczacze, czasami nazywane również w pełni automatycznymi, które wykorzystują ustawiony przez właściciela timer do automatycznego doładowania systemu. Innym typem zmiękczacza wody, który działa automatycznie, jest regeneracja inicjowana na żądanie (DIR), która określa, kiedy system wymaga doładowania na podstawie ilości zużytej wody.
Zarówno systemy ręczne, jak i półautomatyczne wymagają większego wkładu ze strony użytkownika. Półautomatyczny zmiękczacz wody wymaga od właściciela ręcznego poinformowania zmiękczacza o konieczności naładowania. Ręczne zmiękczacze wody wymagają od użytkownika ustawienia wszystkich parametrów ładowania zmiękczacza, w tym czasu ładowania systemu i czasu trwania.