水软化器的工作原理主要是应用离子交换技术。其核心部件是装有软化剂树脂的装置，这种人造的离子交换树脂上带有软性矿物质钠。当含有钙、镁离子的硬水经过树脂时，钙、镁离子会与树脂上的钠离子进行交换，这样，钙、镁离子就被吸附在树脂上，而钠离子则进入水中。由于钠离子不会形成水垢，所以经过离子交换后的水就变得“软”了。
随着树脂吸附的钙、镁离子越来越多，其去除硬度的效能会逐渐降低，这时就需要进行树脂的再生处理。再生过程通常使用氯化钠（食盐）和水的稀溶液进行，这个稀溶液流经树脂，将树脂上吸附的钙、镁离子置换出来，使树脂恢复软化交换功能。
全自动软化器是更为先进的设备，它能自动进行水的软化处理以及树脂的再生过程，无需人工干预。这种设备通常用于锅炉用水的软化、反渗透的前处理等方面，对于降低水的硬度、防止水垢生成具有重要作用。
水软化器通过离子交换的方式，有效地去除了水中的钙、镁离子，降低了水的硬度，从而达到了软化水的目的。