地球上的水以氣態、液態和固態三種形式存在，在常溫條件下三相可以互相轉化。
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每個水分子（H2O）都是由一個氧原子和二個氫原子組成。水分子的鍵成等腰三角形。由于氧原子對電子的吸引力比氫原子大得多，所以在水分子內部，電子就比較靠近氧原子。這樣，電子就有在氧原子周圍相對集中的趨勢，形成較濃厚的電子云，掩蓋了原子核的正電核。所以，在氧原子一端顯示出較強的負電荷作用，形成負極；相反，在氫原子周圍，電子云相對稀薄，于是顯示出原子核的正電核作用，形成正極，使水分子具有極性結構。
由于水分子具有極性，在自然界，水不完全是單水分子H2O，而更多的情況下是水分子的聚合體。水分子聚合體包括：單水分子（H2O）、雙水分子（H2O）、三水分子（H2O）
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在一個標準大氣壓下，純水0℃為冰點，100℃為沸點。0℃以下為固體，0—100℃為液體，100℃以上為氣體。但在地球上的常溫條件下，水的三態（氣態、液態、固態）可以相互轉化。
1.水的三態與水溫隨著水溫的變化，三態水分子的聚合體也在不斷的變化。從表1－1可見：
1）隨著水溫的升高，水分子聚合體不斷地減少，而單水分子不斷地增多。當溫度高于100℃呈氣態時，水主要由單水分子組成。
2）隨著溫度的降低，水分子聚合體不斷增多，單水分子不斷減少。水溫達到0℃結冰時，單水分子為零，而強力締合結構的三水分子增多，因三水分子結構特性，使液態水變成固態冰時，體積膨脹10％，若冰變成液態水時，體積減小10％。
3）水溫在3.98℃時，結合緊密的二水分子最多，所以此時水的密度最大，比重為1。
2.固態水（冰）的結構氣體水分子能凝聚成液態水和固態水（冰），主要是氫鍵起著強烈的締合作用。在冰晶中，氧原子和氫原子的排列是很有規則的，其結構是每個氧原子通過氫鍵，按四面體取向，與另外四個氧原子連結，呈現六方晶系的冰。正是由于冰晶內每個氧原子通過氫鍵以等鍵距與另外四個氧原子相連結，在冰晶中的水分子則具有水蒸氣到凝聚態的冰，氫鍵為凝聚力的主要方面，為了盡可能生成較強和較多的氫鍵，原來水分子中的O—H鍵必須拉伸。由此帶來的后果是，水分子必須按空間利用率頗低的四面體形態堆積，故冰的晶體是一個十分敞開的結構，其密度較低。
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