En el contexto del agua (H2O), los iones de hidrógeno (H+) no están presentes cuando está en su forma pura. El agua misma sufre un proceso llamado autoionización , donde una pequeña fracción de moléculas de agua se disocia en iones H+ e hidróxido (OH-). Sin embargo, estos iones existen en concentraciones iguales, manteniendo una carga general neutra, razón por la cual el agua pura tiene un pH de 7.

La razón de la presencia de iones H+ y OH- en el agua pura radica en la polaridad de la molécula de agua. Debido a la diferencia de electronegatividad entre el oxígeno y el hidrógeno, el átomo de oxígeno atrae ligeramente los electrones hacia sí mismo, creando una ligera carga negativa en el extremo del oxígeno y una ligera carga positiva en el extremo del hidrógeno de la molécula. Esto permite que otras moléculas de agua interactúen con estas regiones parcialmente cargadas, lo que provoca la transferencia ocasional de iones de hidrógeno (protones) de una molécula de agua a otra.

Si bien la concentración de estos iones en el agua pura es muy baja (aproximadamente 1 x 10^-7 moles por litro), es este equilibrio entre los iones H+ y OH- el que determina el pH del agua y su naturaleza ácida o básica. Las desviaciones de este equilibrio, donde la concentración de iones H+ aumenta o disminuye, dan como resultado soluciones ácidas o básicas, respectivamente.