Une molécule d'eau est composée de deux types éléments: de l'oxygène et de l'hydrogène.

L'oxygène, élément de numéro atomique 8 sur la deuxième période, a six électrons de valence: deux paires et deux célibataires. L'hydrogène, premier élément du tableau périodique, n'en a qu'un. Oxygène et hydrogène étant des non-métaux, il peut donc se créer deux liaisons covalentes entre un atome d'oxygène et deux atomes d'hydrogène.

Comme les paires d'électrons se repoussent, l'eau adopte une forme coudée avec une concentration d'électrons sur l'oxygène et une absence d'électrons sur les atomes d'hydrogène. Il en résulte un moment dipolaire: toute molécule d'eau est négative d'un côté et positive de l'autre.

Si on considère un sel comme le chlorure de sodium NaCl (le sel de table), il a, par sa nature et sa composition, un moment dipolaire: le métal (sodium) a donné un électron au non-métal (chlore).

Le chlorure de sodium a donc lui aussi un côté positif et un côté négatif.

L'eau liquide est composée de molécules de H₂O qui bougent les unes par rapport aux autres. Si on plonge du chlorure de sodium dans de l'eau, il se passe un phénomène de dissolution: le côté positif d'une molécule d'eau attire le côté négatif du chlorure de sodium; le côté négatif de l'eau attire le côté positif du NaCl. Soumis à des forces contradictoires, les ions de chlore et de sodium sont séparés.

Dans ce cas, on appelle l'eau un solvant, le chlorure de sodium un soluté, et le tout une solution de chlorure de sodium.

La polarité de l'eau produit un autre phénomène: l'autoprotolyse de l'eau, ou la formation d'ions hydroxydes OH^- et d'ions hydroniums H₃O⁺ dans l'eau pure. Il existe alors dans l'eau une égale quantité d'ions positifs et négatifs, rendant la solution entière électriquement neutre.

Un ion hydroxyde OH^- est composé d'un oxygène et d'un hydrogène; sa charge est négative.

Un ion hydronium H₃O⁺ est composé d'un atome d'oxygène, de deux atomes d'hydrogène et d'un proton (atome d'hydrogène ayant perdu son électron); sa charge est positive.

Lorsque deux molécules d'eau se croisent, il arrive que le côté négatif de l'une d'elles arrache un atome d'hydrogène de la seconde. On se retrouve alors avec des quantités égales d'hydroxydes et d'hydroniums. Ces ions n'existent que pour un temps très court, l'hydroxyde récupérant son hydrogène d'une autre molécule de passage, mais le phénomène se produit en permanence dans le récipient d'eau entier. L'équation chimique décrivant ce phénomène contient une flèche double qui indique que la réaction va dans les deux sens.

Les concentrations molaires d'hydroxyde et d'hydronium dans l'eau sont donc égales. A des conditions de pression et de température normales (une atmosphère de pression, 25°C), cette concentration est égale 10^-7 moles par litre.

Note: une concentration molaire est symbolisé par la substance entourée de crochets.

On peut créer une quantité dont on sait qu'elle restera constante et qui nous permettra de calculer la concentration en ions hydroxyde ou hydronium: le produit ionique de l'eau Ke. Il s'agit simplement du produit des concentrations de chaque ion dans l'eau pure: