电容去离子（capacitive deionization，CDI）的基本思想是通过施加静电场强制离子向带有相反电荷的电极处移动。由于碳材料，如活性碳和碳气凝胶等制成的电极，不仅导电性能良好，而且具有很大的比表面积。若将两片活性碳材料分别作为电容器阴阳两级并在两电极之间施加一定的直流电压便会形成一个静电场。置于静电场中碳电极会在其与电解质溶液界面处产生很强的双电层。双电层能吸附并储存大量的电解质离子，并储存一定的能量。一旦除去电场，吸引的离子被释放到本体溶液中，溶液中的浓度升高。这一过程也称为“充电富集”。此种原理也被大量应用在超级电容器和电容盐度梯度发电(capacitive blue energy)中。
和传统的水溶液去离子方法相比，电容去离子具有几方面重要的优势。例如，离子交换是目前工业上从水溶液中去除阴阳离子，包括重金属和放射性同位素的主要手段，但这一过程产生大量的腐蚀性二次废水，必须经过再生装置处理。而电容去离子与离子交换不同，系统的再生不需要使用任何酸、碱和盐溶液，只是通过电极的放电完成，因此不会有额外的废物产生，也就没有污染；同蒸发这种热过程相比，电容去离子具有很高的能量利用率；和电渗析和反渗透相比，该方法还具有操作简便的优势。另外，从地下水中选择性去除Cr的初步实验表明，对水中某些微量杂质的选择性处理也是有可能实现的。
因为具有能量利用率高，污染小，易操作等优点，电容去离子可以应用在很多方面，包括家庭和工业用水软化、废水净化、海水脱盐、水溶性的放射性废物处理、核能电厂废水处理、半导体加工中高纯水的制备和农业灌溉用水的除盐等。为了尽可能的提高电容去离子化的除盐效率，我们还可以在碳电极表面附着上一层离子交换膜，也就是在阳极上加阴离子选择性渗透膜，在阴极上加阳离子选择性渗透膜，离子交换膜可以阻挡与之同性离子进入碳电极，由此改良双电层内的被吸附离子分布结构，从而吸附更多的离子，如图1所示。
电去离子（EDI）的基本工作模型如图2所示，膜堆由交替排列的阴、阳离子交换膜和浓淡室隔板等组件构成，离子交换树脂填充在阴、阳离子交换膜之间，膜堆两侧设置正负电极。进入淡水室中的电解质离子首先通过交换作用吸附到树脂颗粒上，而后在外加直流电场作用下，沿树脂颗粒构成的导电传递路径迁移到淡水室的离子交换膜表面，并透过膜进入浓水室而被除去。一般而言，EDI的去离子过程根据原水含盐量的不同有2种工况：原水含盐量较高时，淡水室中的树脂保持盐型，水解离程度微弱，去离子作用主要来源于树脂的增强导电能力;当原水含盐量降低时，淡水侧的阴、阳离子交换膜表面以及接近出水口的树脂床层中发生水分子的解离，水解离产物H 与OH-对树脂床层的就地”电再生”使部分混树脂保持H 和OH-型，从而实现连续深度除盐。
EDI技术不仅能去除水中的Na 、Ca2 、Mg2 、Cl-、SO2-4等强电解质离子，而且对CO2、氨、硅、硼等弱电解质也有很好的去除效果，这是传统的电渗析和离子交换技术所不具备的技术优势。其去除机理在于：一定条件下EDI过程中的水解离作用产生的OH-和H 与弱电解质结合生成强电解质离子，使之在电场作用下发生迁移，最终达到去除目的。
此外，EDI对细菌等微生物也有一定抑制效应。在EDI膜堆内部的淡水室中，剧烈的水解离导致局部中性紊乱，形成不利于细菌生长的环境条件；同时，细菌尤其是对制药用水影响较大的革兰氏阴性菌带负电荷，极易被吸附到树脂表面，处于水解离最活跃的部位，从而使其生长受到抑制甚至被杀灭，大大减轻EDI产水受细菌内毒素污染的程度。
