一个氧原子和两个氢原子构成的氢氧化合物，分子式为H₂O。水一般是无色、无臭、无味的透明液体，常以液态、固态和气态3种聚集状态并存于自然界中，液态称为水，固态称为冰，气态称为水汽（水蒸气）。在101 325 Pa（一个标准大气压）下，水的沸点为100℃，冰点为0℃，4℃时密度达到最大值（1 000 kg/m³），水的比热容为4 186.8 J/（kg·K），是自然界热容量最大的物质；水能溶解许多物质，是最重要的溶剂，而且是一种惰性溶剂，在溶解物质的过程中本身很少发生化学变化。

地球上水的分布

根据联合国教科文组织1978年在《世界水平衡和全球水资源》中公布的数字，地球上拥有体积约13.86亿km³的水，折合全球表面水深为2 717.6m。地球上的水以液态、固态和气态的形式分布在海洋、陆地、大气和生物机体中。存在于海洋中的水约13.38亿km³，占地球水量的96.536%；南北极和高山区的冰和积雪约0.241亿km³，占全球水量的1.739%；地球上的地下水约为0.237亿km³，占全球水量的1.71%；存在于河流、湖泊和沼泽的水分别约为17.64万km³、1.75万km³和0.21万km³，占全球水量的0.014%；大气中的水气约1.29万km³，生物系统中的生物水只有0.11万km³，两者总共只占全球水量不到0.001%。但是在联合国世界气象组织主持的“世界气候计划”于1992年公布的数字却略有不同：地球上的水体积为14.590775亿km³，折合全球表面水深为2 860.9m。其中，海洋水约13.715亿km³，占全球水量的94%；南北极和高山区的冰和积雪约0.244亿km³，占全球水量的1.67%；地下水约为0.627亿km³，占全球水量的4.3%；存在于河流、湖泊和沼泽等地表水体中的水约为36万km³，不到全球水量的0.03%；大气中的水气约1.55万km³；存在于生物系统中的生物水约0.2万km³。

水循环

到达地球表面的太阳能约23%消耗于海洋及陆地表面的蒸发。当空气冷却和存在凝结核时，水蒸气便凝结成水滴或冰晶，是陆地降水的主要来源。降水量中一部分渗入土壤和岩层，补给土壤水和地下水；另一部分形成地表径流，流入河流、湖泊，或者增加冰川的储量，最后汇集到海洋。水圈中各种水体通过蒸发、水气输送、降水、下渗和地表径流、地下径流等水文过程，相互联系和相互转换，处于永无停息的运动中，形成一个巨大的动态系统，称作水循环系统，又称水文循环系统。水循环系统不仅紧密联系着地球水圈中的各种水体，而且是水圈、岩石圈、大气圈和生物圈的纽带。水循环系统中包含着许多彼此耦合的子系统，如海洋—大气子系统，陆地—大气子系统，冰雪—大气子系统，大气—土壤—植物子系统，地表水—地下水子系统等。

水循环具有不同的空间和时间尺度的特征。全球的海洋和大陆间的水循环过程是最大尺度的过程。在海洋、陆地、冰雪圈等子系统与其界面间进行的水循环过程则为尺度略小的过程。各子系统中还存在着更小尺度的过程，例如陆地的水循环过程中，有干旱区、湿润区、流域、水系的水循环过程。还有尺度极小的水循环过程，如植物根系—土壤、植物叶面—大气等。各种大小不同的时空尺度的水循环过程间有着密切的联系。

水与人类

地球上一切生命的活动必须依靠氧气，而水是大气层中氧的主要来源。地球上出现生命之前，有一个漫长的化学进化阶段，即由最简单的化学元素形成复杂的有机化合物的阶段。这些有机化合物进入水体之后，由水层保护，不受强烈的太阳辐射，并在水溶液中进化（演化）为原始生物，开始了生命进化过程。

水是生物机体的主要组成部分。哺乳动物体内的水分平均为体重的60%～70%。成年人体重的65%为水分，每天饮水或者连同食物吸收的水分约为体重的5%；新生婴儿体重的80%为水分。水是人体内有机物和无机物的溶剂，消化、新陈代谢、造血、组织合成等都是在水溶液中进行的。人体内的废物也是随着水分一起从体内排出。此外，排汗和皮肤表面蒸发还起着调节体温的作用。

农作物体内的水分占体重的75%～85%。农作物没有足够的水就不能发芽、生长、发育和结实。生产1 kg冬小麦籽粒，约需1 000 kg的水。水体中还能滋生繁育大量的鱼类和其他水生动植物，向人类提供丰富的营养物质。任何生物，若缺水或失水都会使机体产生严重后果以至于机体的死亡。

工业部门需要用水作为原料或介质进行蒸煮、清洁、溶解、浸透、加热、冷却、洗涤、结晶等。水参加大多数化学产品如碱、硝酸、氧、氢、酒精等的生产。海洋、河流、湖泊的水是廉价的运输载体。水还是古老的动力和可再生的能源，水力发电在当代能源中占有一定的比重。

水是生态环境的基本要素之一。水在吸热和散热过程中，参与了气温调节，使地球表面的温度不致出现剧烈的变化。海洋以及从海洋进入大气层的水汽，是调节地球气候的主要因素，为地球上生物体创造了适应生存与繁衍的条件。当代世界上一些重大生态环境问题，如水土流失、沙漠扩大、水源污染和酸雨等，都与水量和水质有关。森林砍伐引起生态环境恶化，也是由于影响了地球上水的分布与水循环状况而产生的。水量不足出现的旱灾和水量过多出现的洪灾，更是水对人类生活、生产以及生态环境的直接影响。

天然水并非绝对纯净的。水中含有的杂质大体上可分为3类：①溶解物，如钙、镁、钠、钾、铁、锰、硅等元素和二氧化碳、氮、氧、硫化氢、沼气等气体；②胶体物，如硅胶、腐殖质胶等；③悬浮物，包括细菌、藻类、原生动物、泥沙以及其他漂浮物等。天然水中的杂质直接影响着水的性质和质量，水质的优劣是根据水中所含物质的种类和多寡来评价的。天然水物理性质的指标有：色度、嗅和味、浊度、总固体物、可沉降固体、温度和电导度等。天然水中还可以检测到主要由于人类活动造成的各种无机物，特别是重金属，如As³⁺（砷离子）、Ba²⁺（钡离子）、Cd²⁺（镉离子）、Cr³⁺（铬离子）、Pb²⁺（铅离子）、Hg²⁺（汞离子）、Se^2-（硒离子）、Ag⁺（银离子）、Zn²⁺（锌离子）、CN^-（氰离子）等。

水的生物特性主要是直接影响水质的水生物和微生物的群落和数量。水中生物由于在水体不同的空间分布和不同的生活方式，可分为微生物和浮游生物两大类，前者包括水中的病菌、细菌、真菌，后者包括藻类及原生动物等。

水科学

地球的形成和演变、生命的起源和进化、人类的生活和生产都与水有密切的关系，因此，天文、地学、生物学、物理、化学等主要学科及其应用学科都需要研究与水有关的问题。

随着人类对自然界认识的深化和学科的相互渗透，人们把地球表层划分为大气圈、水圈、岩石圈和生物圈。在上述那些与水有关的学科的基础上，逐渐形成“水科学”这一概念。水科学主要内容是研究地球上一切天然水、水圈的特性、水圈的变化过程和现象，以及认识水圈同大气圈、岩石圈和生物圈的相互作用等。