HPIC的分离机理主要是离子交换，基于离子交换树脂上可离解的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子之间进行的可逆交换，依据这些离子对交换剂有不同的亲和力而被分离。这种分离方式，主要用于亲水性阴、阳离子的分离。

典型的离子交换模式是样品溶液中的离子与固定相上的离子交换位置上的反离子（或称平衡离子）之间直接的离子交换。如用NaOH作淋洗液分析水中的F-、Cl-和SO2-4。首先用淋洗液平衡阴离子交换分离柱，再将进样阀切换到进样位置，高压泵传递淋洗液，将样品带入分离柱。待测离子从阴离子交换树脂上置换OH-，并暂时而选择地保留在固定相上。同时，被保留的样品离子又被淋洗液中的OH-置换并从柱上被洗脱。对树脂亲和力较弱的阴离子（如Cl-）较对阴离子交换位置亲和力强的离子（如SO2-4）通过柱子快。这个过程决定了样品中阴离子之间的分离。经过分离柱之后，洗脱液先后通过抑制器和电导池，电导检测。非抑制型离子色谱中，洗脱液直接进入电导池。

离子交换色谱的固定相具有固定电荷的功能基，阴离子交换色谱中，其固定相的功能基一般是季铵基；阳离子交换色谱的固定相一般为羧酸基和膦酸基。在离子交换进行的过程中，流动相连续提供与固定相离子交换位置的平衡离子相同电荷的离子，这种平衡离子（淋洗液中的淋洗离子）与固定相离子交换位置的相反电荷以库仑力结合，并保持电荷平衡。进样之后，样品离子与淋洗离子竞争固定相上的电荷位置。当固定相上的离子交换位置被样品离子置换时，由于样品离子与固定相电荷之间的库仑力，样品离子将暂时被固定相保留。同时，被保留的样品离子又被淋洗液中的淋洗离子置换，并从柱子上洗脱。样品中不同离子与固
子色谱方法及应用定相电荷之间的库仑力不同，被固定相保留的程度不同。