מודול ה-EDI מורכב משכבות מתחלפות של ממברנות חילופי קטונים, ממברנות חילופי אניונים ושרף חילופי יונים, היוצרים מבנה ערימת ממברנה עם תאי התפלה ותרכיז מתחלפים. תחת מתח DC, קטיונים ואניונים במים נודדים אל האלקטרודות המתאימות להם: קטיונים חודרים דרך קרום חילופי הקטיונים לתוך תא הריכוז אך נחסמים על ידי קרום חילופי האניונים, בעוד שאניונים חודרים דרך קרום חילופי האניונים אך נחסמים על ידי קרום חילופי הקטיונים, ובכך משיגים שימור יונים סלקטיבי.
מיטת השרף המעורבת בתא ההתפלה משיגה טיהור דינמי באמצעות שלוש השפעות סינרגיות: ראשית, היא סופחת יוני טומאה מהמים באמצעות חילופי יונים; לאחר מכן, מונעים על ידי שדה חשמלי, היונים הנספגים נודדים אל תא הרכז; בו זמנית, H⁺ ו-OH⁻ הנוצרים מאלקטרוליזה של מולקולות מים מחדשים ברציפות את השרף, תוך שמירה על יכולת ההחלפה שלו. מנגנון התחדשות עצמי-מבטל את הצורך בכיבוי המערכת לצורך התחדשות כימית.