Grundlegende Eigenschaft aller Tonminerale, verschiedene Anionen und Kationen zu adsorbieren und diese in einem austauschbaren Zustand festzuhalten. Insbesondere aufweitbare Dreischichttonminerale zum Beispiel Illit und Montmorillonit sind aufgrund ihres inneren Baus in der Lage, ihr Ladungsdefizit (negative Ladung) durch Kationen (Na+, Ca+) reversibel auszugleichen. Bei einem Ionenaustausch werden niederwertige Ionen von höherwertigen wegen der stärkeren Coulombkraft (elektrostatische Anziehungskräfte) vom Austauscher verdrängt: Al3+ verdrängt Ca2+ und Ca2+ verdrängt Na+. Die Art der Kationenionenaustauscher (Tonminerale) ist für den Austausch entscheidend, so bevorzugt Montmorillonit Na+, K+, Kaolinit hingegen eher Mg2+ und Ca2+. Die hohe Ionenaustauschfähigkeit des Montmorillonit wird in der Bentonitaufbereitung für den Gießereibetrieb genutzt. So werden Kalziumbentonite, die vor allem in Europa vorkommen, durch Natriumsalze wie beispielsweise durch Na2CO3, chemisch aktiviert. Der Ionenaustausch erfolgt nach der Reaktionsgleichung:
