将强型和弱型两种具有不同的相对密度、不同的粒度和交换特性的树脂放在同一个固定床离子交换器中，进行的离子交换处理称为双层床离子交换处理。由于所放的树脂不同，故又可分为阳双层床和阴双层床两种。弱型树脂密度小，在上部；强型在下部。双层床在运行的时候进水是从上而下的；再生时，再生液是由下而上进行的。
（1）有两种树脂同存于一个交换器中，可以充分利用各种树脂的性能。但在树脂的选择上要考虑利于分层和两种树脂的配比关系，一般地弱酸（碱）性树脂层高要占两层树脂总高的30%以上，如两层树脂总高为1.6-1.7m，则弱酸（碱）性树脂高要在500mm以上。如果树脂的分层困难，可以在两层树脂中间用隔板分开而成为两个室，故又称双室床。
（2）提高了树脂的利用率、工作交换容量和出水水质，并且节约了酸、碱耗量，比耗约1.0-1.2。再生时，新鲜的再生液先经过难以再生的强酸（碱）性树脂，然后再以废液来再生上层的弱酸（碱）性树脂，再生液能充分利用，排出废液的浓度低，易于中和处理。
（3）节省离子交换设备，减少设备的占地面积和投资。
（4）弱型树脂在上部，可防止树脂遭到有机物污染。但要注意再生时避免硫酸钙沉淀（当在阳双层床用H2SO4再生时）及胶体硅的污染。