从第2章可以看出，公用事业、铁路、电信等产业是国有企业在世界各国最普遍、最集中的分布产业，而这些产业的一个共同产业特质即是自然垄断性。本章的分析试图解决以下问题：（1）是否所有的自然垄断产业都是国有企业偏好分布的产业？（2）自然垄断产业的何种特殊性决定了国有企业在其间的分布偏好？（3）什么是自然垄断产业最优产权安排方式：国有、民营还是混合所有权？
3.1.1 自然垄断的学理认定
自然垄断的现象最早是由英国经济学家约翰·斯图尔特·米尔（John Stuart Mill）在1948年提出的，他认为英国伦敦的煤气、自来水等公共设施的经营，如果采取垄断经营就会取得巨大的规模经济性，并可以大大减低收费价格。托马斯·法勒（Thomas Farrer，1902）、亚当斯（Henry Carter Adams，1887）、克拉克森（Clarkson，1982）等经济学家主要从规模经济的角度来对自然垄断产业进行认定，即自然垄断的基本特征是生产函数一般呈规模报酬递增的状态，生产规模越大，单位产品的成本越小。因此，一个企业大规模生产，要比几家较小规模的企业同时生产能更有效地利用资源。
但规模经济性事实上仍不能准确、全面地概括出现实存在的现象，例如，詹姆斯·邦布赖特（James Bonbright，1961）认为对于某些公共设施服务来说，即使在单位成本上升的情况下，由一家企业提供服务也是经济的。而凯森和特纳（Kaysen and Turner，1959）认为，虽然规模经济与自然垄断具有密切关系，但规模经济的存在严格地决定于市场范围，因为规模经济可能存在于地方性市场，也可能存在于全国性市场。
因此，对自然垄断的学理认定还需要有更合理的角度。沃特森（Warterson，1988）认为，自然垄断是单个企业能比两家或两家以上的企业更有效率地向市场提供相同数量的产品。韦尔（Ware，1986）则以社会剩余最大化而不是以成本最小化来定义自然垄断，在某一产业市场上，企业能使社会剩余最大化，则自然垄断存在。以此为标准，能避免在不同规模下的成本比较中可能产生的歧义。
而夏基（Sharkey）和鲍莫尔（Baumol）等学者提出了目前被广泛接受的判断标准：成本函数的弱增性（subadditivity）。成本函数的弱增性在单一产品生产或多产品生产时都有可能发生。在单一产品生产的情况下，如果由一家企业提供整个产业的产量成本比这家企业与另外的企业共同提供相同产量的成本低，则该企业所处产业具有自然垄断性；在多产品生产时，如果一家企业能比两家或两家以上的企业以较低的成本生产一定数量的某种产品或一组产品时，则存在成本弱增性，所处产业也具有自然垄断性。成本函数弱增性与规模经济的差别在于前者还包括了虽然由一家企业垄断生产存在着规模不经济，但是从社会效率而言，由一家企业生产效率最高。因此在学理上，存在成本弱增性现象的企业或产业具有自然垄断的属性，这些产业可以成为自然垄断产业。
3.1.2 自然垄断产业的划分
理查德·T·伊利（Richard T。Ely）（1937）把自然垄断分为三类：（1）依靠独一无二的供应资源（如某种珍稀的矿藏）而形成的自然垄断；（2）以秘密或特许权（如专利）而形成的自然垄断；（3）由于业务上的特性而产生的自然垄断，如铁路和公共设施。显然这里符合现代经济学意义上“自然垄断”产业仅是其中的第三种情况。
成本弱增性虽然为我们理解自然垄断性提供了一种有用的工具，但要对成本弱增性进行实证分析，并得出某一产业属于自然垄断产业是很困难的。日本学者植草益（1992）对日本的部分行业是否具备网络传输系统、成本的弱增性、成本沉淀性、替代品竞争等自然垄断性进行了分析，认为在电力、天然气、热力供应、城市供水、邮政、电信、铁路运输等行业存在着不同程度的自然垄断特征。
争的情况下能够更好地满足市场的需要。但这些自然垄断产品又不能为其他消费产品所替代，因此，在特定市场上，面临市场需求变化时，这些产品的价格相对其他产品更不容易变化。”在立法中，这些国家专门指出了存在自然垄断的领域范围，虽然，上述国家都是根据国情特点，指出了其所关注的自然垄断的领域范围，但其所涉及的产业与学理所讨论和认定的基本一致。
同样，通过上述划分，我们与第二章国有企业产业介入的分国别统计的情况进行比较，可以发现：划入自然垄断行业的产业或领域，在绝大多数国家都曾经以国有企业占主导地位。因此，本书接下来所讨论的问题是自然垄断产业的特征及其治理特殊性与国有企业之间的耦合关系，即国有企业为什么在这样的产业中存在。
3.1.3 自然垄断的产业特质
通过对自然垄断的学理分析及对现实经济中自然垄断行业的认定，我们可以分析出自然垄断行业具有如下产业特质：
网络型产业（network industries）特征。自然垄断产业中大多具有网络效应。如电信、电力、铁路、邮政、煤气、热力供应、自来水等产业。这种网络效应表现为两种形式，即直接网络效应与间接网络效应。直接网络效应是指消费一种产品的用户增加可以直接增加这种产品的老用户的效用。例如：电信业随着新用户的进入，会使所有用户通讯范围增大；航空、铁路和公路交通运输业，增加机场和车站等消费节点，会使所有消费者增加通达地点；电力联网后，可调节用电的波峰，提高电网功率利用系数。间接网络效应，主要是由辅助产品所构成的系统产品所引起的。消费者消费这个系统产品的效用大小取决于所提供的辅助产品的数量和质量。例如，当电信业网络发展较快时，给其提供设备的供应商个数将增多，供应品种将增多，消费者可选择的范围就将增多，其效用因此而增加。网络效应的存在可以理解为是对“成本弱增性”原理的一种现实解释方法，从而更强调了对于这类产业不宜分拆，而最好由一家垄断经营。干春晖证明了在存在弱网络效应时，网络效应增加了消费者剩余和社会净福利水平。而在强网络效应下，厂商数量越少则社会净福利越大，最优市场结构为独家垄断。
公用事业型产业特征。公用事业（public utilities）是指通过基础设施向个人和组织提供普遍必需品和服务的产业，从广义来讲包括电力、电信、邮政、铁路、有线电视、燃气、供热、供水和污水处理、公共交通、垃圾回收及处理等（刘戒骄，2005）。而这些领域恰亦是具备网络产业特征的自然垄断产业。之所以亦称之为公用事业，是因为这些产品或服务是人们日常生活乃至维持生存以及从事其他经济活动不可或缺的必需品，经营者有广泛而公平地向其经营区域内的所有用户提供基本服务的义务，同时政府对提供公用事业产品和服务具有最终责任。所以，在某种程度上，公用事业提供的产品或服务具有准公共产品（Quasi Public Goods）的性质。由于“提供必要的公共设施”一向被认为是政府的主要职能之一，公共设施投资支出也是各国政府支出的一项主要内容，因此对于具有准公共产品性质的公用事业类企业，在市场不能自愿供给的情况下，政府责无旁贷。
基础设施型产业特征。基础设施产业（infrastucture industry）的概念更多地与发展经济学联系在一起，在世界银行《1994年世界发展报告：为发展提供基础设施》的报告中，将基础设施定义为永久性工程构筑、设备、设施和它们所提供的为居民所用和用于经济生产的服务。这些基础设施包括公用事业（电力、管道煤气、电信、供水、环境卫生设施和排污系统、固体废弃物的收集和处理系统）、公共工程（大坝、灌渠和道路）以及其他交通部门（铁路、城市交通、海港、水运和机场）。该报告认为，虽然基础设施（或者发展经济学家所称的社会管理资本）没有十分明确的定义，但始终贯穿着两个特征：技术特征（如规模经济）和经济特征（如使用者向非使用者的扩散）。上述探讨的自然垄断产业也尽在基础设施产业的范畴之内，只不过同一类产业从不同角度研究就会有不同的启示与结论。经济学上对于基础设施产业首先关注的是其与一国经济增长的关系（张军等，2006）。
投资的规模性、沉淀性与专用性。对于这些具有自然垄断性的基础设施产业，世行学者普吕多姆（Prudhomme，2004）对其概括出了以下特征：第一，基础设施是一种资本投入品。它需要同其他资本投入品或者劳动投入品结合起来，提供服务。它所提供的服务一般是资本密集型服务，并且具有一定规模经济的特征。第二，基础设施一般比较笨重，而且建设周期长。这意味着很难根据需求的波动随时调整其供给。只有基础设施的整个工程完全完成，其功能才能得到发挥。第三，基础设施一旦建成，则其使用时间也较长，一般为几十年甚至上百年。第四，基础设施的建设需要投入大量的固定成本，具有空间依存性。一旦一项基础设施投资在A地发生，则它很难被转移到B地；同时，一旦一项基础设施的投资已经发生，则很难将其用于其他用途。第五，基础设施的供给一般情况下是与一定的市场失灵相联系的，这种市场失灵或者产生于规模经济，或者产生于公共品性质。第六，基础设施既可以直接为居民提供服务，也可以为厂商提供服务，其中为厂商服务是作为生产过程中的一种投入物品。
垄断与社会福利损失。自然垄断作为垄断的一种存在和表现形式，必然带有垄断所带来的社会福利问题。在典型的自然垄断产业领域中，由于规模经济、成本弱增性或者是网络效应，通过市场分割、引入竞争，从经济角度看并不具有合理性。但让一家企业独家垄断，赋予特定企业的垄断经营权，就有可能造成价格歧视、寻租等不利于提高资源配置效率、损害消费者利益的现象发生。所以自然垄断产业常常使政府陷入一种社会福利与企业利益取舍的两难困境。面对这种两难选择，折衷的方式就是允许企业垄断整个自然垄断产业领域，但要对其进行治理，以防止毁灭性竞争（destructive competition）和避免重复建设。在现代经济学里，对于市场失灵或社会偏好等私人所有权市场难以有效发挥情况，国家所有权和政府管制已被认为是可取的政策手段（Hansmann，1995；Willner，2001；Kwoka，2002；Nelson，2002）。面对自然垄断问题的两难抉择，国有化与政府规制在各国发展的不同阶段都有被采用以施之于对自然垄断行业的管理。
因此，对于电力、天然气、热力供应、城市供水、邮政、电信、铁路运输、航空等传统认为的自然垄断行业，具备了垄断性、公共性、基础性、规模性等多种特性，并同时存在于多个按不同标准或需要划分的经济领域。这些特性使其在经济发展中，与国民经济中的其他产业相比有了更多的功能作用。这些产业往往同时与政府公共经济学、发展经济学、政府规制等理论与实践问题交织在一起。政府也会基于不同理由对这些产业进行重点发展和改革，而同时国有企业集中介入和分布于这些行业领域根本原因就在于这些产业的上述各特性，政府通过国有企业，利用这些产业中的一个或几个特性来实现政府的功能及经济政策目标。