固定床運行時，當水流從上至下通過交換劑層時，水中的Ca2+、Mg2+與交換劑中的Na+進行交換反應。其過程如下： 

碳酸鹽硬度軟化過程：Ca(HCO3)2 + NaR à CaR2 + NaHCO3

               Mg(HCO3)2 + NaR à MgR2 + NaHCO3

非碳酸鹽硬度軟化過程：  CaSO4 + NaR à CaR2 + Na2SO4

                 CaCl2 + NaR à CaR2 + NaCl

                  MgSO4 + NaR à MgR2 + Na2SO4

                MgCl2 + NaR à MgR2 + NaCl

從以上反應式可以分析出，經鈉離子交換樹脂軟化后的水，其殘余硬度可以降低至0.03mmol/L以下，甚至可以*消除硬度。由于碳酸鹽硬度等量的轉變成了重碳酸鈉，并不能使硬水的堿度降低，所以堿度保持不變。

經鈉離子交換樹脂軟化后的水，由于原水中的陰離子，即水中的氯離子、硫酸根、重碳酸根和硅酸根等并不改變，如果水中的其他重金屬陽離子忽略不計時，只是鈣、鎂鹽類等量地轉變成了不能生成水垢的鈉鹽，當1mmol/L的（1/2Ca2+）鈣硬度被1mmol/L的鈉離子所交換時，則水中可增加鹽量達2.96mg/L[即23.00（Na+的摩爾質量）-20.04（1/2Ca2+）的摩爾質量）]。而1mmol/L的（1/2Mg2+）鎂硬度被1mmol/L的鈉離子所交換時，則水中可增加鹽量達10.84mg/L[即23.00（Na+的摩爾質量）-12.16（1/2 Mg 2+）的摩爾質量）]。因此，軟化后的水質，其含鹽量要比原水高。