Se as águas destilada e deionizada têm em comum a remoção de minerais, estes dois tipos de água não devem ser confundidos pois elas são distintas. As principais diferenças entre a água destilada e a deionizada residem em seus processos. O grau de pureza do líquido também está envolvido na diferença dessas duas categorias de líquidos: a água destilada é considerada a água mais pura que se pode obter.

A deionização (ou desmineralização) é, na verdade, um processo de remoção de íons (cátions/ânions) através de um sistema de resinas trocadoras de íons. Ela pode ser parcial ou total de acordo com os métodos de eliminação escolhidos e o grau de remoção necessário. Quando apenas os íons forem retidos nas resinas, a água deionizada ou desmineralizada obtida retém suas substâncias orgânicas e inorgânicas sem carga elétrica. Portanto, o líquido não é puro. Nesta forma, a água é utilizada nas indústrias como água de processo. Mas a água para fins médicos precisa passar por um filtro biológico para purificá-la completamente e torná-la estéril.

Já a água destilada não contém elementos orgânicos. A parte inorgânica fica no resíduo da destilação. Assim, a água destilada quase sempre é pura. Seu pH é da ordem de 7, mas, se exposta ao ar, tende a ficar um pouco ácida devido ao CO2 dissolvido (pH em torno de 5.5). O método de destilação não é complicado e o equipamento é denominado destilador. A água destilada é estéril enquanto estiver protegida do ar ambiente.

Assim, a pureza da água desmineralizada (deionizada) não é a mesma da água destilada. Esta é sempre pura (por princípio), enquanto a amostra deionizada não é necessariamente pura. No entanto, devido ao senso comum, a água destilada é, às vezes, chamada água desmineralizada / deionizada, o que é incorreto.