Nel contesto dell'acqua (H2O), gli ioni idrogeno (H+) non sono presenti quando è nella sua forma pura. L'acqua stessa subisce un processo chiamato autoionizzazione , dove una piccola frazione di molecole d'acqua si dissociano in ioni H+ e idrossido (OH-). Tuttavia, questi ioni esistono in concentrazioni uguali, mantenendo una carica complessiva neutra, motivo per cui l’acqua pura ha un pH pari a 7.

La ragione della presenza degli ioni H+ e OH- nell'acqua pura risiede nella polarità della molecola d'acqua. A causa della differenza di elettronegatività tra ossigeno e idrogeno, l'atomo di ossigeno attrae leggermente gli elettroni verso se stesso, creando una leggera carica negativa sull'estremità dell'ossigeno e una leggera carica positiva sull'estremità dell'idrogeno della molecola. Ciò consente ad altre molecole d’acqua di interagire con queste regioni parzialmente cariche, portando al trasferimento occasionale di ioni idrogeno (protoni) da una molecola d’acqua a un’altra.

Sebbene la concentrazione di questi ioni nell'acqua pura sia molto bassa (circa 1 x 10^-7 moli per litro), è questo equilibrio tra ioni H+ e OH- che determina il pH dell'acqua e la sua natura acida o basica. Deviazioni da questo equilibrio, dove la concentrazione di ioni H+ aumenta o diminuisce, danno luogo rispettivamente a soluzioni acide o basiche.