化学上用酸碱度和pH 来表示水溶液的状态。这些数值可以表示这种溶液能够溶解何种元素。
纯水中绝大多数是水分子（H2O），极少数的水分子电离为氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-）。在5亿个水分子中只有1个水分子被电离。
氢离子浓度的倒数的对数值就是pH。纯水的pH ＝7，称为中性，氢离子和氢氧根离子浓度相等。
当pH ＜7，即水中的氢离子浓度大于纯水时为酸性；当pH ＞7，即水中的氢氧根离子浓度大于纯水时为碱性。
表层海水的pH ＝8.2，在任何海域都相同，呈弱碱性。
用烧杯装取一定量的海水，徐徐滴入盐酸或磷酸，pH 会慢慢降低。当pH 小于4时有气泡产生。这种气泡和苏打水中的气泡一样，主要成分都是二氧化碳。
如果在海水中滴入碱性苏打或氨水，pH 将上升（碱化），把它暴露在空气中将吸收二氧化碳。
表层海水的pH 之所以稳定在8.2左右，是因为海水中的碳酸氢根离子（HCO-3）、碳酸根离子（HCO2-3）和空气中二氧化碳发生化学平衡的结果。
当然，海水的pH 并不是永恒不变的。珊瑚和圆石藻成长时会吸收碳酸钙，使海水pH 降低，而深海海底由于碳酸钙的溶解pH 又会升高。
当浮游植物进行光合作用时会消耗二氧化碳，pH升高；当深层中的有机物被分解时会产生二氧化碳，pH降低。
例如，在水深2000米左右的北太平洋处的海水很古老，含有许多有机物的分解物，pH 降到7.7，几乎为中性。