Ūdens mīkstinātāju sistēmās tiek izmantots process, ko sauc par jonu apmaiņu, lai noņemtu kalciju un magniju, kas ir cietā ūdens preču zīmes. Pārāk ciets ūdens var apgrūtināt mājsaimniecības tīrīšanu, jo tas bieži atstāj netīrumus uz virtuves un vannas istabas iekārtām, padara blāvus apģērbu un atstāj plankumus uz traukiem. Tomēr ūdens mīkstināšana ir jāizmanto uzmanīgi, jo tā apmaina nātriju pret minerālvielām, kas ūdenim piešķir cietas īpašības, un tas var būt kaitīgs cilvēkiem, kuri ievēro diētu ar zemu nātrija saturu. Nātrijs, kas rodas, mīkstinot ūdeni, var būt kaitīgs arī augiem. Visas dažāda veida ūdens mīkstinātāja sistēmas izmanto jonu apmaiņu, taču tām ir atšķirīgs ievades apjoms, kas nepieciešams operatoram.
Cietais ūdens rodas no gruntsūdens avotiem, piemēram, ūdens nesējslāņiem, jo kalcijs, magnijs un citi minerāli izšķīst ūdenī no apkārtējiem akmeņiem. Kalcijs un magnijs izraisa īpašības, kuras sauc par cietajām. Cietību mēra graudos uz galonu (GPG), un viens cietības grauds ir vienāds ar vienu kviešu kodolu. Jebkurš ūdens, kurā ir vairāk nekā 1 GPG kalcija un magnija, tiek uzskatīts par cietu, un ūdens, kas pārsniedz 10.5 GPG, tiek klasificēts kā ļoti ciets.
Dažkārt veļas mazgāšanas līdzekļos tiek pievienotas ķimikālijas, lai mīkstinātu veļas mazgāšanai izmantoto ūdeni, taču visas ūdens mīkstinātāju sistēmas, kas attīra visas mājas ūdeni, izmanto jonu apmaiņu. Jons ir elektriski uzlādēta molekula, un dažādiem joniem var būt atšķirīgs lādiņa stiprums. Ūdens mīkstinātāji satur apmaiņas vidi, kas sākas pārklāta ar pozitīvi lādētiem nātrija joniem. Arī kalcija un magnija joni cietā ūdenī ir pozitīvi uzlādēti, taču tiem ir spēcīgāks lādiņš nekā nātrija joniem. Tas nozīmē, ka, ūdenim izejot caur apmaiņas vidi, vide uztver kalcija un magnija jonus, savukārt nātrija joni tiek atbrīvoti no tā, jo kalcija un magnija joniem ir spēcīgāka pievilcība.
Galu galā apmaiņas vide ūdens mīkstinātāja sistēmā tiek pilnībā pārklāta ar kalcija un magnija joniem. Kad tas notiek, mīkstinātājs tiek mazgāts ar nātrija hlorīda šķīdumu, un šo procesu sauc par uzlādi. Kalcija un magnija joni veido savienojumus ar hloru un tiek izskaloti, bet nātrija joni atkal pievienojas apmaiņas videi.
Dažādu veidu ūdens mīkstinātāju sistēmas atšķiras atkarībā no tā, cik daudz darba lietotājam ir jāveic, lai tās uzlādētu. Populārākais mājas ūdens mīkstinātāju veids ir automātiskie mīkstinātāji, ko dažkārt sauc arī par pilnībā automātiskiem mīkstinātājiem, kas izmanto īpašnieka iestatītu taimeri, lai automātiski uzlādētu sistēmu. Vēl viens ūdens mīkstinātāja veids, kas darbojas automātiski, ir pieprasījuma iniciēta reģenerācija (DIR), kas nosaka, kad sistēma ir jāuzlādē, pamatojoties uz izmantotā ūdens daudzumu.
Gan manuālajām, gan pusautomātiskajām sistēmām ir nepieciešams vairāk lietotāja ievades. Pusautomātiskajam ūdens mīkstinātājam īpašniekam ir manuāli jāpasaka mīkstinātājs, kad tas jāuzlādē. Manuālajiem ūdens mīkstinātājiem lietotājam ir jāiestata visi mīkstinātāja uzlādes parametri, tostarp, kad sistēma tiek uzlādēta un cik ilgi.