Ajouter une petite quantité d'acide ou de base à une solution peut provoquer une diminution ou une augmentation significative du pH. Mais, de nombreux processus chimiques et biochimiques ont besoin d'un pH stable pour fonctionner. Les tampons peuvent empêcher un changement radical du pH d'une solution lorsque leur capacité tampon n'est pas dépassée.

Les tampons contiennent un acide faible et sa base conjuguée ou une base faible et son acide conjugué. Par exemple, le sang humain maintient son pH à près de 7, 4 avec un tampon composé d'acide carbonique, un acide faible, et les ions bicarbonate, sa base conjuguée. Les paires acide-base conjuguée forment des tampons car ils ne neutralisent pas leur acide ou base conjugué.

Par exemple, l'acide acétique et l'acétate ne peuvent pas réagir. Cependant, si l'acide acétique, un acide faible, et l'ammoniac, une base faible, sont ajoutés ensemble, ils réagiront pour former un sel acétate ammonium. Dans un tampon, l'acide faible neutralise toute base ajoutée en réagissant avec les ions hydroxyde produits, tandis que sa base conjuguée neutralise tout acide ajouté en réagissant avec des ions hydronium.

Un mécanisme similaire fonctionne dans le cas d'une base faible et son acide conjugué. Deux béchers, X et Y, contiennent le même volume de différentes solutions, chacune avec un pH de 7, 2. La solution dans le bécher X n'est pas tamponnée.

En revanche, la solution dans le bécher Y contient un tampon d'acide acétique-acétate. Si de l'acide chlorhydrique est ajouté au bêcher X, le pH de la solution chute soudainement, en raison de l'augmentation de la concentration d'ions hydronium. En revanche, la solution dans le bécher Y montre un pH presque constant lorsque l'acide chlorhydrique y est ajouté car l'un des composants du tampon, l'acétate, réagit avec l'acide chlorhydrique pour produire un ion chlorure et de l'acide acétique.

De même, si de l'hydroxyde de sodium est ajouté au bêcher X, le pH de la solution va soudainement augmenter en raison de l'augmentation de la concentration d'ions hydroxyde. D'autre part, la solution dans le bécher Y montre un changement minimal de pH lorsque l'hydroxyde de sodium y est ajouté, comme l'un des composants du tampon, l'acide acétique, réagit avec l'hydroxyde de sodium et produit de l'acétate de sodium et une molécule d'eau. Le tampon peut empêcher un changement radical du pH d'une solution tant que la concentration de la paire acide-base conjuguée dans une solution est plus élevée que l'acide ou la base fort ajouté.