离子交换剂再生是通过化学或电化学方法恢复失效离子交换剂功能的可逆过程，主要步骤包括反洗、再生、正洗，其中正洗用于清除残余再生剂及产物 。再生效率通常为90%，受再生剂种类、纯度及操作方式影响，高纯度再生剂可提升树脂再生度77% 。
传统化学再生采用强酸、强碱溶液置换污染物，电再生法则利用水电离生成H+和OH-实现再生，具有无污染、成本低等特点。核电站放射性废水处理多采用一次性交换剂，而非放水系统仍需再生工艺 。主流再生方式为动态再生法，相比静态法能减少再生剂消耗，其中逆流再生与顺流再生相比可提高再生剂利用率30%-50%，降低排放浓度 。再生过程需控制再生剂浓度、温度、流速及接触时间，钠型阳树脂常用5% NaCl溶液再生，氢型树脂则用硫酸溶液。
理论上讲，离子交换是一种可逆过程。大多数离子交换剂可以再生，即分别用适当的强酸(如HNO3)和碱(如NaOH)置换阳离子交换剂和阴离子交换剂上键合的污染离子，从而恢复离子交换剂原来的化学状态。通过再生可以延长离子交换剂的寿命，节省购买新交换剂和处置废交换剂的费用。
值得注意的是，离子交换剂不能完全再生，典型的离子交换剂的再生回复率为90%。所以，即使在最佳的再生条件下，离子交换剂的寿命也是有限的。
通常，再生操作在单独的容器中进行。混床系统一般需要用水力分离法将阳树脂与阴树脂分开，如将酸性和碱性再生剂引入混床，则它们在对树脂再生之前就会中和。利用阳树脂与阴树脂一定的密度差异，在交换柱内缓缓地反洗，可以实现阳树脂与阴树脂的水力分离。随后将两种树脂分别排入各自的容器，分别进行再生。也可以在阴、阳离子交换剂的界面处分别注入两种再生液，其中一种再生液向上流动，从交换柱顶部排出，另一种再生液向下流动，从交换柱底部排出。再生完毕后将两种离子机交换剂重新混合。
对于放射性废水的处理，许多国家不采取离子交换剂再生的做法，因为采用浓酸、浓碱的再生操作比较困难，费用也较高。而且，设备本身也较复杂，需要存放树脂再生用试剂的槽罐及相应的阀门、管线和泵。考虑到再生操作的费效比，一般采用一次性离子交换的方式。然而，对于更换离子交换剂更加昂贵的情况，还需进行再生操作。在一些核电站的非放水处理系统(如二回路锅炉给水和去离子水制备)，水处理量很大，所用的离子交换剂量也很大，还是需要树脂的再生操作。
林海球