大多数次生粘土矿物含有与矿物内的同形取代相关的净电荷或发生在羟基化表面上的依赖于 pH 值的电荷。有机物含有与在高 pH（pH > 8）下羧基官能团和酚基解离相关的 pH 依赖性负电荷。阳离子或阴离子交换量的大小主要取决于粘土矿物的类型和浓度、有机质的量和分解程度以及土壤的 pH 值。阳离子交换容量和阴离子交换容量显示出以下随次生矿物组成的函数分布：

 

CEC：2:1 > 1:1 > 氧化物/氢氧化物

 

AEC：氧化物/氢氧化物 > 1:1 > 2:1

 

下表显示了各种次生粘土矿物和土壤有机质的 阳离子交换能力。以重量计，土壤有机质具有最大的阳离子交换能力。对于可变电荷表面，随着土壤 pH 值的增加，负电荷量增加，正电荷量减少。

与粘土矿物和有机物相关的负电荷和正电荷分别通过阳离子和阴离子的静电吸引来平衡。平衡离子称为可交换阳离子或阴离子。可交换的阳离子和阴离子形成外球络合物带电表面，在带电离子和带相反电荷的矿物表面之间存在水合水。这些键相对较弱，导致一种离子快速替换为另一种离子。可交换离子的组成是它们在土壤溶液中的浓度和离子对交换位点的亲和力的函数。离子亲和性是离子的电荷和水合尺寸的函数，小、高电荷离子优于大、低电荷离子。

 

亲和系列：

 

阳离子：Al 3+ > H + > Ca 2+ > Mg 2+ > K + = NH 4 + > Na +

 

阴离子：PO 4 3- > SO 4 2- > Cl - > NO 3 -

 

可交换离子很容易被置换到土壤溶液中，使这些离子很容易被植物和微生物利用。可交换离子池是Ca 2+、Mg 2+和K +的主要储存池。铵通常会迅速转化为 NO 3 -导致低浓度的 NH 4 +在溶液中，因此在交换能力上。磷酸盐和较低程度的硫酸盐通常被更强的吸附反应（球间复合物）保留，因此不是真正可交换的阴离子。温带土壤中阴离子交换能力低，加上氯离子和硝酸根对交换位点的亲和力非常弱，导致可交换氯离子或硝酸根的量非常少。