Độ pH của nước (không nguyên chất) được đo bởi độ axít của nó. Trong nước nguyên chất, khoảng 1/10 000 000 các phân tử phân ly thành các ion hiđrô (H+) hay hiđrôni (H3O+) và các ion hiđrôxít (OH−), tuân theo phương trình sau:

H 2 O ↔ H + + OH − {\displaystyle {\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}\leftrightarrow {\mbox{H}}^{+}+{\mbox{OH}}^{-}}

Chính xác hơn thì là:

2 H 2 O → H 3 O + + OH − . {\displaystyle 2{\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}\rightarrow {\mbox{H}}_{3}{\mbox{O}}^{+}+{\mbox{OH}}^{-}.}

Nồng độ (tính theo mol/lít) của các ion được biểu diễn như là [H+] và [OH−]; tích của chúng là hằng số điện li của nước và có giá trị 10−14 mol2l−2. Độ pH được định nghĩa như là −log [H+]; vì thế nước nguyên chất có pH bằng 7. (Các giá trị này đúng ở nhiệt độ 23 °C và sai khác một chút ở các nhiệt độ khác.)

base nhận (loại bỏ) các ion hiđrôni (H3O+) từ dung dịch, hoặc là cung cấp các ion hiđrôxít (OH−) cho dung dịch. Cả hai hoạt động này đều làm giảm nồng độ của các ion hiđrô, và vì thế làm tăng pH. Ngược lại, một axít cung cấp thêm các ion H+ cho dung dịch hay nhận các ion OH−, vì thế làm giảm pH.

Độ pH của dung dịch có thể tính toán được. Ví dụ, nếu 1 mol của hiđrôxít natri (40 g) được hòa tan trong 1 lít nước, nồng độ của các ion hiđrôxít là [OH−] = 1 mol/l. Vì vậy [H+] = 10−14 mol/l, và pH = −log 10−14 = 14.