Vattenavhärdarsystem använder en process som kallas jonbyte för att avlägsna kalcium och magnesium, som är varumärken för hårt vatten. Alltför hårt vatten kan göra hushållsstädning svårt, eftersom det ofta lämnar avskum på köks- och badrumsinredningar, mattar kläder och lämnar fläckar på disken. Vattenavhärdning måste dock användas med försiktighet, eftersom det byter ut natrium mot de mineraler som ger vattnet hårda egenskaper, och det kan vara skadligt för personer på lågnatriumdieter. Natrium som produceras genom att mjukgöra vatten kan också vara skadligt för växter. De olika typerna av vattenavhärdarsystem använder alla jonbyte, men de varierar i mängden insats de kräver från operatören.
Hårt vatten kommer från grundvattenkällor, såsom akviferer, eftersom kalcium, magnesium och andra mineraler löses upp i vattnet från de omgivande stenarna. Kalcium och magnesium orsakar de egenskaper som kallas hårda. Hårdhet mäts i korn per gallon (GPG), med ett korn av hårdhet lika i vikt som en kärna av vete. Allt vatten med mer än 1 GPG av kalcium och magnesium anses vara hårt, med mer än 10.5 GPG som klassificeras som mycket hårt.
Kemikalier tillsätts ibland till tvättmedel för att mjukgöra vatten som används för att tvätta kläder, men alla vattenavhärdare som behandlar vattnet som används av ett helt hus använder jonbyte. En jon är en elektriskt laddad molekyl, och olika joner kan ha olika laddningsstyrkor. Vattenavhärdare innehåller ett utbytesmedium, som börjar belagt med positivt laddade natriumjoner. Kalcium- och magnesiumjonerna i hårt vatten är också positivt laddade, men de har en starkare laddning än natriumjonerna. Detta innebär att när vatten passerar genom utbytesmediet, fångas kalcium- och magnesiumjonerna av mediet, medan natriumjonerna befrias från det, eftersom kalcium- och magnesiumjonerna har en starkare attraktion.
Så småningom blir utbytesmediet i ett vattenavhärdarsystem helt belagt med kalcium- och magnesiumjoner. När detta händer sköljs avhärdaren tillbaka med en natriumkloridlösning, en process som kallas omladdning. Kalcium- och magnesiumjonerna bildar föreningar med klor och tvättas bort, medan natriumjonerna åter fäster till utbytesmediet.
Olika typer av vattenavhärdarsystem varierar beroende på hur mycket arbete användaren måste utföra för att ladda upp dem. Den mest populära typen av vattenavhärdare för hemmet är automatiska avhärdare, ibland även kallade helautomatiska avhärdare, som använder en timer inställd av ägaren för att automatiskt ladda om systemet. En annan typ av vattenavhärdare som fungerar automatiskt är behovsinitierad regenerering (DIR), som avgör när systemet behöver laddas baserat på mängden vatten som har använts.
Både manuella och halvautomatiska system kräver mer input från användaren. En halvautomatisk vattenavhärdare kräver att ägaren manuellt talar om för avhärdaren när den ska laddas. Manuella vattenavhärdare kräver att användaren ställer in alla parametrar för att ladda avhärdaren, inklusive när systemet laddas och hur länge.