क्लोर {{0}क्षार आयन {{1} एक्सचेंज झिल्ली का कार्य सिद्धांत इसकी अद्वितीय धनायन {{2} चयनात्मक पारगम्यता पर निर्भर करता है। झिल्ली अन्य आयनों के मार्ग को प्रभावी ढंग से अवरुद्ध करते हुए, धनायनों जैसे Na⁺-और पानी के अणुओं को स्वतंत्र रूप से गुजरने की अनुमति देती है। इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, अत्यधिक शुद्ध NaCl घोल को इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के निचले हिस्से में डाला जाता है, जबकि पानी को कैथोड डिब्बे में डाला जाता है। विद्युत प्रवाह के अनुप्रयोग पर, एनोड डिब्बे में सीएल आयन क्लोरीन गैस का उत्पादन करने के लिए निर्वहन से गुजरते हैं, जिसे सेल के शीर्ष पर एक पाइपलाइन के माध्यम से छुट्टी दे दी जाती है। इसके साथ ही, Na⁺ आयन, पानी के अणुओं की एक छोटी संख्या के साथ, आयन एक्सचेंज झिल्ली के माध्यम से कैथोड डिब्बे में चले जाते हैं।
कैथोड डिब्बे में, H⁺ आयन हाइड्रोजन गैस बनाने के लिए डिस्चार्ज होते हैं, जिसे सेल के शीर्ष पर एक अलग पाइपलाइन के माध्यम से भी निकाला जाता है। इस बीच, OH⁻ आयनों को धनायन विनिमय झिल्ली द्वारा एनोड डिब्बे तक पहुंचने से रोका जाता है; इसके बजाय, वे कैथोड डिब्बे में जमा होते हैं और एनोड पक्ष से पलायन करने वाले Na⁺ आयनों के साथ मिलकर NaOH समाधान बनाते हैं। प्रक्रिया के दौरान खपत किए गए NaCl और पानी को फिर से भरने के लिए, शुद्ध नमकीन पानी को लगातार एनोड डिब्बे में डाला जाता है, जबकि NaOH समाधान की एकाग्रता को विनियमित करने के लिए कैथोड डिब्बे में पानी डाला जाता है।