Z chemicznego punktu widzenia woda stanowi wodny roztwór substancji nieorganicznych i organicznych, występujących na ziemi . W wodzie mogą znajdować się koloidy i zawiesiny . Substancje występujące w wodzie są pochodzenia naturalnego lub są wprowadzane do wód na skutek działalności człowieka.

Jak widzimy woda należy do najprostszych związków chemicznych występujących w przyrodzie . Składa się tylko z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu – H2O . Aczkolwiek przypatrując się bliżej stwierdzamy, że w cząsteczce wody atomy wodoru są usytuowane niesymetrycznie w stosunku do atomu tlenu . Kąt zawarty pomiędzy wiązaniami wodoru z tlenem wynosi 105o. W konfiguracji cząsteczki wody atomy wodoru mają ładunki dodatnie, a atom tlenu – ładunek ujemny. W wyniku takiego rozmieszczenia ładunków H2O jest cząsteczką dipolową czyli biegunowo-polarną Cząsteczka dipolowo - polarna charakteryzuje się tym, że występują w niej zarówno ładunki dodatnie jak i ujemne oddalone od siebie . Polarność cząsteczki charakteryzuje tzw. moment dipolowy, który równa się iloczynowi ładunkom i odległości między środkami ładunków dodatnich i ujemnych.

Żelazo – w małych stężeniach pierwiastek niezbędny do życia . Duże stężenia zmieniają smak wody . Dopuszczalne stężenie w wodzie do picia wynosi 0,5 mg/l .

Mangan – pierwiastek niezbędny do życia zwierzętom . Braki manganu mogą powodować chorobę zwaną chlorosis . Duże stężenia są toksyczne . Dopuszczalne stężenie w wodzie dopicia wynosi 0,1 mg/l .

Sód – w małych stężeniach jest niezbędny do życia . W dużych dawkach jest szkodliwy ; na przykład dawka 1 g NaCl na 1kg ciała może być śmiertelna dla małych dzieci . Duże stężenia też są szkodliwe, szczególnie dla osób z chorobami serca i nerek . Dopuszczalne stężenie w wodzie do picia wynosi 200 mg/l .

Wapń – jest podstawowym pierwiastkiem stanowiącym o twardości wody i z tego powodu duże jego stężenia są niepożądane w wodzie użytkowanej przemysłowo i w gospodarstwie domowym . Wapń w wodzie do picia nie ma większego znaczenia higienicznego. Istnieją jednak opinie, że duża zawartość wapnia może powodować reumatyzm, a małe stężenia choroby serca, krzywicę, osłabienie zębów . Ilość wapnia spożywanego wraz z wodą do picia jest małą częścią diety człowieka .

Magnez – wraz z wapniem powoduje twardość wody . Magnez w małych stężeniach jest nieszkodliwy dla organizmów żywych . Niedobór magnezu w organizmie może powodować wzrost zachorowań na choroby nowotworowe . Przy większych stężeniach (powyżej 250 mg/l) nadaje on wodzie gorzki smak . Woda zawierająca magnez o stężeniu powyżej 100 mg/l może działać przeczyszczająco . Siarczan magnezowy (sól gorzka) jest stosowany w medycynie .

Arsen – powszechnie występuje w środowisku, znajduje się w roślinach i zwierzętach . Tworzy związki organiczne i nieorganiczne o różnym stopniu toksyczności . Związki arsenu są uznawane za toksyczne, jednak w określonych dawkach są stosowane w medycynie . Toksyczność arsenu zależy od jego wartościowości i od postaci, w której występuje . Związki As3+ są bardziej toksyczne niż związki As5+ . Najbardziej toksyczny jest arsenowodór AsH3 . Dopuszczalna zawartość arsenu w wodzie pitnej wynosi 0,05 mg/l .

Ołów – działa toksycznie na organizm człowieka . Zastępuje on wapń, co może prowadzić do dużych stężeń ołowiu w układzie kostnym . Dopuszczalne stężenie ołowiu w wodzie do picia wynosi 0,05 mg/l .

Rtęć – wykazuje dużą toksyczność w stosunku do organizmów wodnych . Związki rtęci są silnie trujące dla roślin . W rybach rtęć występuje głównie w postaci połączeń metylowych . Okres półtrwania metylortęci w rybach wynosi 600¸ 1200 dni . Ze względu na zagrożenie człowieka ustalono dopuszczalne stężenia rtęci w mięsie ryb 0,5 mg/kg . Związki rtęci należą do bardzo silnych trucizn dla człowieka . Dopuszczalne stężenie rtęci w wodzie do picia wynosi 0,001 mg/l .

Azotany – w dużych stężeniach są niebezpieczne dla zdrowia, głównie dla niemowląt, powoduje u nich sinicę – methemoglobinemię.