層析技術是以離子交換纖維素或以離子交換葡聚糖凝膠為固定相，以蛋白質等樣品為移動相，分離和提純蛋白質、核酸、酶、激素、多糖等的一項技術。
在纖維素與葡聚糖分子上結合有一定的離子基團，當結合陽離子基團時，可換出陰離子，則稱為陰離子交換劑。如二乙氨乙基(Dicthylaminoethyl，DEAE)纖維素。在纖維素上結合了DEAE，含有帶正電荷的陽離子纖維素—O—C6 H14N+H，它的反離子為陰離子(如Cl-等)，可與帶負電荷的蛋白質陰離子進行交換。當結合陰離子基團時，可置換陽離子，稱為陽離子交換劑，如羧甲基(Carboxymethy， CM)纖維素。纖維素分子上帶有負電荷的陰離子(纖維素－O－CH2－COO一)，其反離子為陽離子(如Na+等),可與帶正電荷蛋白質陽離子進行交換。
溶液的pH值與蛋白質等電點相同時，靜電荷為0，當溶液pH值大于蛋白質等電點時，則羧基游離，蛋白質帶負電荷。反之，溶液的pH值小于蛋白質等電點時，則氨基電離，蛋白質帶正電荷。溶液的pH值距蛋白質等電點越遠，蛋白質的電荷越多。反之則越少。血清蛋白質均帶負電荷，但各種蛋白質帶負電荷的程度有所差異，以白蛋白為最多，依次為 球蛋白， 球蛋白和 球蛋白。
在適當的鹽濃度下，溶液的pH值高于等電點時，蛋白質被陰離子交換劑所吸附；當溶液的pH值低于等電點時，蛋白質被陽離子交換劑所吸附。由于各種蛋白質所帶的電荷不同。它們與交換劑的結合程度也不同，只要溶液pH值發生改變，就會直接影響到蛋白質與交換劑的吸附，從而可能把不同的蛋白質逐個分離開來。
交換劑對膠體離子(如蛋白質)和無機鹽離子(如NaCl)都具有交換吸附的能力，當兩者同時存在于一個層析過程中，則產生競爭性的交換吸附。當Cl一的濃度大時，蛋白質不容易被吸附，吸附后也易于被洗脫，當Cl一濃度小時，蛋白質易被吸附，吸附后也不容易被洗脫。因此，在離子交換層析中，一般采用兩種方法達到分離蛋白質的目的。一種是增加洗脫液的離子強度，一種是改變洗脫液的pH值。pH值增高時，抑制蛋白質陽離子化，隨之對陽離子交換劑的吸附力減弱。pH值降低時，抑制蛋白質陰離子化，隨之降低了蛋白質對陰離子交換劑的吸附。當使用陰離子交換劑時，增加鹽離子，則降低pH值。當使用陽離子交換劑時，增加鹽離子濃度，則升高溶液pH值。