Ionenaustauscher, alle natürlichen und künstlichen – meist festen – Stoffe, die befähigt sind, gebundene Ionen gegen andere Ionen aus dem umgebenden flüssigen Milieu reversibel auszutauschen, wobei sich die Struktur des festen I. nicht wesentlich verändert. Der Austauschvorgang beruht auf einer Ionenbeziehung; daneben können auch rein absorptive Bindungen auftreten. I. sind hochmolekulare, quellbare und unlösliche Polyelektrolyte, und zwar Acidoide (Festsäuren, Makropolysäuren) oder Basoide (Festbasen, Makropolybasen) von mannigfaltiger chemischer Beschaffenheit. Der Ionenaustausch verläuft stöchiometrisch, wobei sich nach dem Massenwirkungsgesetz ein Gleichgewicht einstellen kann: IG₁ + G₂

IG₂ + G₁. Hierbei ist I der Ionenaustauscher, G₁ und G₂ sind Gegenionen des I. und des Milieus. Nach der Art des Ions am Austauscher unterscheidet man Kationenaustauscher, die negative funktionelle Festionen mit positiven Gegenionen enthalten, und Anionenaustauscher mit positiv geladenen Festionen, die zum Ladungsausgleich mit negativen Gegenionen (Anionen) umspült sind. Ankergruppen (austauschaktive Komponenten) bei handelsüblichen Kationenaustauschern sind zumeist: -C₆H₄O-, -SO

-COO-, -PO

oder -AsO

; Ankergruppen bei Anionenaustauschern sind: -N⁺H₃, -N⁺H₂R, -N⁺HR₂, -N⁺R₃ (R = organischer Rest). Amphotere I. haben sowohl saure als auch basische Festionen, metallspezifische Ionenaustauscherharze paarweise angeordnete Festionen spezifischer Art, die bestimmte Metallionen komplexieren können (spezifische I.). I. haben große innere Oberflächen, so dass ihre Austauschkapazität zumeist sehr hoch ist, z. B. 500 m²/g, Austauschkapazität 0,5-10 mval/g, was zu einer Ionenkonzentration führen kann, die einer 10 M Lösung entspricht.
Die I. können nach folgenden Typen eingeteilt werden: 1) Kunstharzaustauscher bestehen aus einer hydrophoben, begrenzt quellbaren Grundsubstanz (Matrix), deren Eigenschaften von ihrer Grundstruktur, Quervernetzung sowie von der Art und Anzahl der Festionen abhängen (Kohlenwasserstoffnetzwerk mit vielen ionisierbaren Gruppen). Der Vernetzungsgrad entscheidet über die Quellbarkeit und Porosität des I. und beeinflusst damit seine Wirkung als Molekularsieb und die Durchflussgeschwindigkeit durch ein Harzbett. Er hat zugleich Einfluss auf die Austauscherkapazität.
2) Celluloseionenaustauscher tragen nahe ihrer Oberfläche im hydrophilen Netzwerk der Cellulosefasern austauschaktive Gruppen, die durch Substitution oder Imprägnieren eingeführt werden. Sie werden als Papiere oder Pulver hergestellt und bieten den prinzipiellen Vorteil, dass auch große Moleküle ausgetauscht werden können, die in das Maschenwerk eines Kunstharzaustauschers u. U. nicht eindringen können. Sie sind daher von besonderer Bedeutung für die Proteinchemie.
3) Ionenaustauscher auf Dextrangelbasis haben austauschaktive Gruppen, die über Etherbrücken an die Glucosebausteine der hydrophilen Matrix gebunden sind.
4) Anorganische Ionenaustauscher sind die silicatischen Permutite, die früher zur Wasserenthärtung eingesetzt wurden, heute jedoch kaum mehr verwendet werden, und Zeolithe. Dies sind kristalline Aluminosilikate natürlicher Herkunft mit einem Netzwerk von SiO₄- und AlO₄-Tetraedern. Ionenaustauschchromatographie.