硬水软化设备的工作原理是通过离子交换来去除水中的钙离子和镁离子，从而减少水的硬度。设备中通常包含一个离子交换树脂柱，该树脂具有亲合钙离子和镁离子的特性。当硬水通过设备时，树脂柱中的钠离子会与水中的钙离子和镁离子发生交换，将钙离子和镁离子捕获并释放出等量的钠离子。

  离子交换的过程会导致水中的钠离子含量增加，而钙离子和镁离子含量减少，从而使水的硬度降低。一段时间后，树脂柱中的钠离子会被耗尽，此时需要进行再生。再生过程中，通过向树脂柱中通入含有高浓度钠离子的盐水溶液，将树脂柱中的吸附的钙离子和镁离子释放出来，并将钠离子重新吸附到树脂上，使其恢复工作能力。