Xlor{0}}ishqoriy ion-almashinuvchi membrananing ishlash printsipi uning noyob kation-selektiv o'tkazuvchanligiga bog'liq. Membrana Na⁺-kabi kationlar-va suv molekulalari erkin o'tishiga imkon beradi, shu bilan birga boshqa ionlarning o'tishini samarali tarzda bloklaydi. Elektroliz jarayonida yuqori darajada tozalangan NaCl eritmasi elektrolitik hujayraning pastki qismiga, suv esa katod bo'linmasiga kiritiladi. Elektr tokini qo'llashdan so'ng, anod bo'linmasidagi Cl⁻ ionlari xlor gazini hosil qilish uchun zaryadsizlanadi, u hujayraning yuqori qismidagi quvur liniyasi orqali chiqariladi. Bir vaqtning o'zida Na⁺ ionlari oz sonli suv molekulalari bilan birga ion almashinadigan membrana-bo'lib katod bo'limiga o'tadi.
Katod bo'linmasida H⁺ ionlari vodorod gazini hosil qilish uchun chiqariladi, u ham hujayraning yuqori qismidagi alohida quvur orqali chiqariladi. Shu bilan birga, OH⁻ ionlarining anod bo'linmasiga yetib borishi-kation almashish membranasi tomonidan to'xtatiladi; Buning o'rniga ular katod bo'linmasida to'planadi va anod tomondan ko'chib o'tadigan Na⁺ ionlari bilan birlashadi va NaOH eritmasini hosil qiladi. Jarayon davomida iste'mol qilinadigan NaCl va suvni to'ldirish uchun tozalangan sho'r suv anod bo'linmasiga doimiy ravishda beriladi, NaOH eritmasi konsentratsiyasini tartibga solish uchun katod bo'linmasiga suv qo'shiladi.