離子色譜的分離機理主要是離子交換，有3種分離方式，它們是高效離子交換色譜（HPIC）、離子排斥色譜 （HPIEC）和離子對色譜 （MPIC）。用于3種分離方式的柱填料的樹脂骨架基本都是苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，但樹脂的離子交換功能基和容量各不相同。
無機陰離子是發展早，也是目前成熟的離子色譜檢測方法，包括水相樣品中的氟、氯、溴等鹵素陰離子、硫酸根、硫代硫酸根、氰根等陰離子，可廣泛應用于飲用水水質檢測、啤酒、飲料等食品的安全、廢水排放達標檢測、冶金工藝水樣、石油工業樣品等工業制品的質量控制。特別由于鹵素離子在電子工業中的殘留受到越來越嚴格的限制，因此離子色譜被廣泛的應用到無鹵素分析等重要工藝控制部門。
無機陰離子交換柱通常采用帶有季胺功能團的交聯樹脂或其他具有類似性質的物質，常見的陰離子交換柱如Metrosep A supp 4-150， A supp 5-250等。常用的淋洗液為Na2CO3和NaHCO3按一定比例配置成的稀溶液，改變淋洗液的組成比例和濃度，可控制不同陰離子的保留時間和出峰順序。
無機陽離子的檢測
無機陽離子的檢測和陰離子檢測的原理類似，所不同的是采用了磺酸基陽離子交換柱，如Metrosep C1， C2-150等，常用的淋洗液系統如酒石酸/二甲基吡啶酸系統，可有效分析水相樣品中的Li，Na，NH4+，K，Ca，Mg等離子。
有機陰離子和陽離子分析
隨著離子色譜技術的發展，新的分析設備和分離手段不斷出現，逐漸發展到分析生物樣品中的某些復雜的離子，目較成熟的應用包括：
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