No contexto da água (H2O), os íons hidrogênio (H+) não estão presentes quando esta está em sua forma pura. A própria água passa por um processo chamado autoionização , onde uma pequena fração de moléculas de água se dissocia em íons H+ e hidróxido (OH-). No entanto, estes iões existem em concentrações iguais, mantendo uma carga global neutra, razão pela qual a água pura tem um pH de 7.

A razão para a presença de íons H+ e OH- na água pura reside na polaridade da molécula de água. Devido à diferença de eletronegatividade entre o oxigênio e o hidrogênio, o átomo de oxigênio atrai levemente os elétrons para si, criando uma leve carga negativa na extremidade do oxigênio e uma leve carga positiva na extremidade do hidrogênio da molécula. Isto permite que outras moléculas de água interajam com estas regiões parcialmente carregadas, levando à transferência ocasional de iões de hidrogénio (prótons) de uma molécula de água para outra.

Embora a concentração desses íons na água pura seja muito baixa (aproximadamente 1 x 10^-7 moles por litro), é esse equilíbrio entre os íons H+ e OH- que determina o pH da água e sua natureza ácida ou básica. Desvios desse equilíbrio, onde a concentração de íons H+ aumenta ou diminui, resultam em soluções ácidas ou básicas, respectivamente.