离子色谱仪的分离模式有离子交换色谱、离子排斥色谱和离子对色谱等。
一、离子交换色谱：
离子交换色谱使用的是低交换容量的离子交换剂，交换剂的表面有离子交换基团。带负电荷的交换基团（如磺酸基和羧酸基）可用于阳离子的分离，带正电荷的交换基团（如季胺盐）可用于阴离子的分离。
阴离子的分离过程：由于静电场相互作用，样品阴离子和淋洗剂阴离子（又称淋洗离子）都与固定相中带正电荷的交换基团作用，样品离子不断地进入固定相，又不断地被淋洗离子交换而进入流动相，在两相中达到平衡，不同的样品阴离子与交换基的作用力大小不同，电荷密度大的离子与交换基的作用力大，在树脂中的保留时间长，从而实现分离。
二、离子排斥色谱：
离子排斥色谱是以树脂的Donnan排斥为基础的色谱方法。分离阴离子用强酸性高交换容量的阳离子交换树脂，分离阳离子用强碱性高交换容量的阴离子交换树脂。
Clˉ和CH3COOˉ分离过程：Clˉ在强酸性阳离子交换树脂上形成H+Clˉ，因受排斥作用不能穿过半透膜，迅速通过色谱柱而无保留，弱电解质CH3COOH可以穿过半透膜而进入树脂微孔。电解质的离解度越小，受排斥作用越小，因而在树脂中的保留时间越长。
三、离子对色谱：
无机离子和离解很强的有机离子通常可以采用离子交换色谱或离子排斥色谱进行分离。有很多大分子或离解较弱的有机离子要采用通常用于中性有机化合物分离的反相（或正相）色谱。然而采用正相或反相色谱又存在困难，因为大多数可离解的有机化合物在正相色谱的硅胶固定相上吸附太强，致使被测物质保留值太大，出现拖尾峰，有时甚至不能被洗脱；在反相色谱的非极性（或弱极性）固定相中的保留又太小。在这种情况下，可采用离子对色谱。
离子对色谱又称离子相互作用色谱，是在流动相中加入适当的具有与被测离子相反电荷的离子，即离子对试剂，使之与被测离子形成中性的离子对化合物，此离子对化合物在反相色谱柱上被保留，保留的大小主要取决于离子对化合物的解离平衡常数和离子对试剂的浓度。离子对色谱也可以采用正相色谱的模式，即用硅胶柱，但不如反相色谱效果好，多数情况下采用反相色谱，所以离子对色谱常被称为反相离子对色谱。
