La molécule d’eau, de formule , est le constituant essentiel de l’eau pure. Celle-ci contient également des ions résultant de l’autoprotolyse de l’eau selon l’équation d'équilibre : H + OH (ou 2 HO + OH). L’eau pure n’est pas présente dans la nature et doit être obtenue par des processus physiques. Cette molécule a des propriétés complexes à cause de sa polarisation (voir la section Nature dipolaire). L’eau à pression ambiante (environ un bar) est gazeuse au-dessus de , solide en dessous de et liquide entre les deux.
L’hydrophobie (du grec υδρο, hydro = eau, et Φόβος, phóbos = répulsion) caractérise les surfaces qui semblent repousser l'eau. En réalité, il ne s'agit pas d'une réelle répulsion, mais plutôt du fait que l'eau étant une molécule polaire, elle a une très nette attirance préférentielle pour les autres molécules polaires, ce qui va amener ces molécules à s'assembler entre elles et former des billes qui semblent être repoussées par les molécules non polaires avec lesquelles elles n'ont pas une aussi forte affinité, alors qu'en réalité, ce sont les affinités entre les molécules polaires qui chassent vers l'extérieur de ces billes les molécules qui n'ont pas la même affinité avec elle - un peu de la même façon que le gradient de pression de l'eau chasse de son sein les corps moins denses (qui n'ont donc pas la capacité de générer en leur sein un gradient de pression aussi raide).
La lipophilie caractérise l'affinité chimique d'une matière ou d'une molécule pour les graisses. C'est en chimie généralement équivalent à l'hydrophobie. En effet, les corps gras sont des solvants apolaires, alors que l'eau est un solvant polaire. Les molécules solubles dans les solvants polaires ne le sont généralement pas ou peu dans les solvants apolaires, et inversement. Certaines molécules, dites amphiphiles, présentent une partie polaire (donc hydrophile/lipophobe) et une partie apolaire (donc hydrophobe/lipophile).
vignette|Photo montrant la préparation d'une solution aqueuse au moment où est versé le soluté. En chimie, une solution aqueuse est une phase liquide contenant plusieurs espèces chimiques, dont une ultramajoritaire, l'eau (H2O, le solvant), et des espèces ultraminoritaires, les solutés ou « espèces chimiques dissoutes ».
vignette|Une goutte d'eau forme une forme sphérique, minimisant le contact avec la feuille hydrophobe. L'effet hydrophobe est la tendance observée des substances non polaires à s'agréger dans une solution aqueuse et à exclure les molécules d'eau. Le mot « hydrophobe » signifie littéralement « craignant l'eau », et il décrit la ségrégation de l'eau et des substances non polaires, ce qui maximise la liaison hydrogène entre les molécules d'eau et minimise la zone de contact entre l'eau et les molécules non polaires.
La miscibilité désigne usuellement la capacité de divers liquides à former un mélange homogène (une solution liquide). En minéralogie, la miscibilité désigne la capacité de deux ou plusieurs pôles purs (des minéraux de composition simple) de former des cristaux homogènes de composition intermédiaire (une solution solide). La différence essentielle avec la miscibilité des liquides est qu'on ne peut pas obtenir une solution solide par un mélange mécanique des corps purs, mais seulement par une réaction chimique ou par une cristallisation (à partir d'un liquide ou d'un gaz).
vignette|La réaction de précipitation, effectuée à partir d'une solution ou d'une suspension, forme un précipité et un liquide surnageant, observés ici dans un tube à essai. La solubilité est la capacité d'une substance, appelée soluté, à se dissoudre dans une autre substance, appelée solvant, pour former un mélange homogène appelé solution. La dissolution désigne ce processus. En thermodynamique, la solubilité massique est une grandeur physique notée s désignant la concentration massique maximale du soluté dans le solvant, à une température donnée.
vignette|Schéma moléculaire de la dissolution du chlorure de sodium dans l'eau : le sel est le soluté, l'eau le solvant. Un solvant est une substance, liquide ou supercritique à sa température d'utilisation, qui a la propriété de dissoudre, de diluer ou d'extraire d’autres substances sans les modifier chimiquement et sans lui-même se modifier. Les solvants sont utilisés dans des secteurs très diversifiés tels que le dégraissage, les peintures, les encres, la détergence, la synthèse organique, et représentent des quantités considérables en termes de tonnage et de chiffre d'affaires.
vignette|Liaison hydrogène entre des molécules d'eau. La liaison hydrogène ou pont hydrogène est une force intermoléculaire ou intramoléculaire impliquant un atome d'hydrogène et un atome électronégatif comme l'oxygène, l'azote et le fluor. L'intensité d'une liaison hydrogène est intermédiaire entre celle d'une liaison covalente et celle des forces de van der Waals (en général les liaisons hydrogène sont plus fortes que les interactions de van der Waals).
Les forces intermoléculaires sont des forces de nature essentiellement électrostatique induisant une attraction ou une répulsion entre des particules chimiques (atomes, molécules ou ions). Ces forces sont en général bien plus faibles que les forces intramoléculaires qui assurent l'association des atomes dans les molécules.
