地殼中含有87種化學元素，目前在天然水中基本都已發現。這些元素在天然水中的含量與巖石圈的平均組成相差很大。多種化合物溶于水，又隨著水文循環一起遷移，經歷著不同環境，其數量、組成及存在形態都在不斷變化。這個過程受到兩方面因素的制約：一是元素和化合物的物理化學性質；二是各種環境因素，如天然水的酸堿性質、氧化還原狀況、有機質的數量與組成，以及各種自然環境條件等。天然水的主要礦化作用如下：

　　1）溶濾作用土壤和巖石中某些成分進入水中的過程稱溶濾作用。當地表水或地下水流經土壤或巖石時，在與其密切接觸過程中，不斷地溶解其中常含有的易溶鹽類，從而提高了礦化度。按其溶解性能可分為兩類：一類是按礦物成分的比例全部溶于水中，稱全等溶解礦物，例如，氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽；另一類是礦物中只有一部分元素進入水中，而原始礦物保持其結晶格架，這一類稱不全等溶礦物，主要是硅酸鹽和鋁硅酸鹽。

　　2）吸附性陽離子交替作用天然水中離子從溶液中轉移到膠體上，是吸附過程。同時膠體上原來吸附的離子，轉移到溶液中是解吸過程。吸附和解吸的結果，表現為陽離子交換。其特征有：①離子交換是可逆反應，處于動態平衡；②離子交換以當量關系進行；③離子交換遵守質量作用定律。

　　膠體吸附的飽和容量稱為吸附容量。以100克膠體中吸附離子的摩爾數來表示。常見的粘土礦物，例如蒙脫石、伊利石、高嶺石吸附容量分別為80、30，10摩爾/100克。腐殖質膠體的吸附容量可達350摩爾/100克。

　　膠體對各種陽離子的吸附能力不同，并有如下順序：

　　H+＞Fe3+＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞NH4+＞Na+＞Li+

　　特別是在地下水和海水中，陽離子交替作用廣泛存在。常見到礦物初期地下水中的Ca2+與膠體上面吸附的Na+交替，使硬度較大的HCO3-Ca型水變為硬度較小的HCO3-Na型水。

　　盡管在地殼平均組成中，鉀和鈉的豐度很接近，而且鉀鹽的溶解度普通高于鈉鹽，但由于膠體吸附K+的能力大于Na+，并且植物普遍吸收K+，合成有機質。所以天然水中鉀的含量遠小于鈉的含量。

　　天然水中微量元素的難溶物質遠未達到飽和。膠體的陽離子交替作用能使許多重金屬離子從稀溶液中沉淀，轉為固相物，例如，使Mn、Cu、Ni、Co、Pb、Zn、Hg等重金屬從湖水、海水中向湖底、海底沉積。

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