Đây là biện pháp được dùng thông dụng nhất vì có giá thành rẻ kể cả giá thành đầu tư lẫn chi phí sử dụng. Nguyên lý hoạt động là vận dụng hạt nhựa trao đổi ion (nhựa làm mềm) để thay thế các ion tự do có hại trong nước bằng các ion không nguy hại. Hạt nhưa trao đổi ion là các hạt không hòa tan, trong phân tử có gốc axit hoặc bazo có thể thay thế được không làm thay đổi tính chất vật lý của chúng. Nước được làm mềm bằng cách dùng một loại nhựa có chứa Na+ liên kết với cation (ion âm) khác có kỹ năng liên kết với Ca2+ và Ma2+ mạnh hơn Na+. Khi cho nước chảy qua cột trao đổi ion có chứa vật tư trao đổi, cation có trong nhựa sẽ liên kết với các ion Ca2+ và Ma2+ và giữ chúng lại, đồng thời sẽ sản sinh Na+ vào nước, cách này giúp loại bỏ ion Ca2+ và Ma2+ lẫn trong nước uống, giúp làm mềm nước.

Phương pháp này được vận dụng rất quy mô đặc biệt là trong công nghiệp. Kể cả đối với các thiết bị RO, để tăng tuổi thọ và giảm tải lên các hệ thống RO, người ta cũng làm mềm nước bằng trao đổi ion trước khi đưa nước vào lọc RO.

Nước cứng gây ra rất nhiều ảnh hưởng đến sinh hoạt cũng như tinh thần tốt của con người:
Gây đóng cặn dưới đáy các thiết bị đun nấu, giảm tuổi thọ của các thiệt bị gia dụng.
Lớp CaCO3 do nước cứng tạo thành có thể tạo thành một lớp biện pháp nhiệt dưới đáy nồi, làm giảm kỹ năng dẫn nhiệt và truyền nhiệt, làm tiêu tốn điện năng và gia tăng chi phí khi đun nấu.
Giảm kỹ năng tạo bọt của xà phòng, làm quần áo sau khi giặt có cảm giác cứng và khô ráp, hại quần áo, nhanh mục vải.

Nước cứng ảnh hưởng đến tiêu chuẩn nước uống: làm mất hương vị, tinh chất trà, café không tan trong nước, ảnh hưởng đến chất lượng món ăn: thức ăn khi chế biến khó mềm, lâu chín.
Là thủ phạm gây ra bệnh sỏi thận và là 1 trong những tác nhân gây tắc động mạch do đóng cặn vôi ở thành trong của động mạch, ảnh hưởng tương đối ổn đến sức khỏe con người.

Độ cứng của nước được quyết định bởi lưu lượng các chất khóang hòa tan trong nước, quan trọng là do các muối có chứa ion Ca2+ và Mg2+. Tổng hàm lượng (Ca2+ và Mg2+)>3mg đương lượng/l thì nước được coi là cứng.

Độ cứng của nước được chia làm 2 loại:
– Độ cứng tạm thời : Gây ra bởi muối cacbonat và bicacbonat của Ca và Mg. Có thể tìm phương pháp xử lý bằng nhiều phương pháp đơn giản như nấu chín, lọc trao đổi ion,…
– Độ cứng vĩnh cửu: Gây ra bởi các muối Cl– và SO42- của Ca và Mg, là các muối bền nên chỉ có xử lý được các phương pháp phức tạp gây tốn kém giá thành.

Là một muối kép của sắt (III) sunfat với muối sunfat của kim loại kiềm hay amoni, ví dụ. kali sắt sunfat [K2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O hay KFe(SO4)2.12H2O]. Ở dạng tinh khiết, Phèn sắt là tinh thể không màu, nhưng thường có màu tím vì có vết mangan; tan trong nước. Phèn sắt được điều chế bằng biện pháp kết tinh hỗn hợp sắt (III) sunfat với muối sunfat của các kim loại kiềm hoặc amoni. Phèn sắt thường được dùng làm thuốc thử trong các phòng thí nghiệm.

Là những muối kép có cấu tạo tinh thể đồng hình (đa phần có 8 mặt) tạo nên bởi các anion sunfat SO4-2 (cũng có thể là anion selenat SeO4-2; anion phức SeF4-2 hoặc ZnCl4-2) và cation của hai kim loại có hoá trị khác nhau.

Công thức chung của phèn là MIMIII(SO4)2.12H2O; MI là kim loại hoá trị 1 như Na+, K+, Ce+, Rb+, hoặc NH4+; MIII là ion kim loại hoá trị 3 như Al3+, Fe3+, Mn3+, V3+, Ti3+ Co 3+, Ga3+, Rb3+, Cr3+.
Chúng ta thường xuyên các loại muối kép này dưới tên Phèn kép. Người ta quen gọi các muối kim loại ngậm nước với công thức Mx(SO4)y.nH2O là Phèn đơn. Ví dụ. phèn amoni là muối kép (NH4)2SO4, Al2(SO4)3.24H2O, phèn crom Na2SO4.Cr2(SO4)3.24H2O; phèn kali KAl(SO4)2.12H2O, phèn natri NaAl(SO4)2.12H2O; phèn đen: hỗn hợp của nhôm sunfat và than lọc nước. Dùng để tinh chế nước; dùng trong công nghiệp vải, sợi, giấy, thuộc da... Một số loại phèn cụ thể: Phèn nhôm; Phèn sắt.