离子交换介质固相萃取仪有阴离子和阳离子两种形式，用于提取具有碱性或酸性基团的分析物。阳离子交换吸附剂含有带负电荷的表面基团，阴离子固相萃取装置交换材料则相反。两种表面类型通过静电相互作用与带相反电荷的分析物相互作用。
    离子交换吸附剂可以进一步分类为弱交换剂或强交换剂，这取决于键合到表面的离子基团的类型。强阳离子交换剂含有酸基团，例如磺酸，其在整个pH范围内被电离。弱阳离子交换吸附剂具有表面基团，例如固相萃取装置羧酸，其在高pH下带负电，但在低pH下带中性。
    使其具有尽可能低的离子强度，固相萃取装置并具有导致分析物带电的pH值用于阳离子交换的样品pH应调节至低于分析物pKa的两个单位，应使用最强的酸或最强大的缓冲液进行pH调节，以尽量减少离子强度的增加。对于阴离子交换固相萃取，应使用合适的碱或缓冲液将pH升高至高于pKa两个单位。
    吸附剂也必须是固相萃取仪带电荷的形式以保留分析物，这种固相萃取仪对带电形式的改变应该在调节和平衡步骤中进行。吸附剂床应该用几床体积的水混溶性有机溶剂调节，然后用几床体积的纯水调节。吸附剂平衡有两个目的，将吸附剂抗衡离子转化为易被分析物置换的吸附剂，并调节pH值，使吸附剂基团带电。可以使用盐溶液或缓冲液来交换抗衡离子。最低亲和力阳离子是氢，许多吸附剂可以以氢形式购买，对于阴离子交换，最低亲和力离子是氟化物和氢氧化物。
    为了留出时间进行分析物吸附剂相互作用样品应以降低的流速加载。洗涤步骤从吸附剂中除去不需要的污染物质，固相萃取仪同时使目标分析物保留在吸附剂上。离子交换保留机制通过低离子强度缓冲液，在保持分析物和吸附剂上的电荷的pH下的缓冲液以及对离子保留机制具有很小影响或没有影响的有机溶剂来促进。其中任何一种都可以制成出色的洗涤溶剂，固相萃取装置100％有机洗涤提供非常干净的提取物。