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Je kleiner die Teilchen in einem Boden sind, desto mehr Moleküle und Ionen können sich an ihnen ablagern, da ihre Oberfläche in Realation zum Durchmesser sehr groß ist: 1g durchschnittlicher Boden kann eine Oberfläche von bis zu 500m2 haben. Dies ist wichtig, weil Moleküle und Ionen Nährstoffe für die Pflanzen darstellen.
Tonmineralien (Austauscher) können sehr gut Moleküle und Kationen (positive Ionen), wie Calcium, Magnesium, Kalium, Aluminium und Natrium an sich anlagern, da sie eine große Oberfläche besitzen. Viele Tonmineralien haben aber auch eine sogenannte "innere Fläche". Diesem Fläche entsteht, in dem sich zwischen den Silikatschichten der Tonmineralien die Kristalle auflösen und durch Ionen ersetzen werden.
Die Kationen werden von den negativ geladenen Tonmineralien angezogen und dann durch das Wasserstoffion H+ ausgetauscht, wodurch die Pflanzen diese Nährstoffe jetzt aufnehmen können. Das H+ Ion kann durch mehrere Prozesse entstehen:
1. Durch die Atmung der Bodentiere und Pflanzen entsteht CO2, daß sich mit Wasser (H2O) zu Kohlensäure (H2CO3) verbindet und sich schließlich zu Hydrogencarbonat (HCO3-) und zu einem Wasserstoffion H+ spaltet.
2. Die Pflanzenwurzeln geben bei der Nährstoffaufnahme von Kationen H+ Ionen ab.
3. Die Düngung mit sauren Düngern erhöht die H+ Konzentration. Aber zuviel Düngung kann dazu führen, daß die Mineralien weggeschwemmt werden, da sie von den H+ Ionen von den Tonmineralien getrennt werden.
Aber auch ein Austausch von negativ geladenen Mineralstoffen (Anionen) und Molekülen kann stattfinden. Dieser eher seltene Austausch ereignet sich aber nur an positiv geladenen Austauschern.
Austauschbare Anionen und Moleküle sind Phosphat, Kieselsäure, Sulfat, Nitrat und Chlorid.
Beide Austauscharten können nur in Gegenwart von Wasser ablaufen, wobei der Kationenaustausch im basischen Bereich und der Anionenaustausch im sauren Bereich stattfindet.
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