De eigenschap van een oplossing om waterstofionen te doneren of te accepteren, bepaalt of het een zuur of een base is. Zure oplossingen geven protonen af, terwijl basen of alkalische oplossingen protonen accepteren. Zuiver water heeft een gelijk aantal waterstofionen om protonen te geven en hydroxide-ionen om ze te ontvangen, waardoor het een neutrale oplossing is.

De pH is een maat voor de zuurgraad of basiciteit van een op water gebaseerde oplossing, bepaald door de concentratie van waterstofionen. In één liter zuiver water bevat 1x10 ^-7 mol waterstofionen. Het uitgebreide scala aan waterstofionenconcentraties dat aanwezig is in oplossingen op waterbasis maakt het meten van de pH in mol echter lastig. Zo werd een pH-schaal ontwikkeld waarin molen waterstofionen worden omgezet met behulp van de negatieve logaritme van basis 10. De pH van zuiver water is 7, wat staat voor een neutrale oplossing. De meeste oplossingen hebben een pH tussen 0 en 14, maar sommige oplossingen, zoals carboraan (met een pH van -18), overschrijden deze. Een liter carboraan heeft 1x10 <sup> 18 mol waterstofionen.

Wanneer vrije, ongebonden waterstofionen zich ophopen, zoals bij carboraan, is de oplossing zuur en daalt de pH-waarde onder de 7. Koffie, citroensap en maagzuur (spijsverteringssappen) zijn zure oplossingen, met pH's respectievelijk rond de 4,5, 2,5 en 1,5.

Oplossingen met pH-waarden hoger dan 7 hebben lagere waterstofionenconcentraties en zijn alkalisch. In deze oplossingen worden de waterstofionen gebonden aan andere componenten, zoals hydroxylgroepen. Dit verlaagt het totale aantal vrije waterstofionen en verhoogt de pH-waarde. Zout water en zeepachtig water zijn voorbeelden van alkalische oplossingen, met een pH van respectievelijk ongeveer 8 en 12.

Buffers voorkomen grote veranderingen in pH door waterstofionen te absorberen of af te geven. Buffers zijn cruciaal omdat de meeste biologische functies plaatsvinden in bijna neutrale pH-omstandigheden, ongeveer 7,35 tot 7,45. Bloed wordt bijvoorbeeld zuur met te veel koolstofdioxide. Bicarbonaat fungeert als buffer en brengt het bloed terug tot een homeostatische pH. Bicarbonaat wordt ook gebruikt om chymus te bufferen terwijl het van de maag naar de dunne darm gaat. Zonder deze buffer zou de zuurgraad van het verteerde voedsel het slijmvlies van de darm beschadigen.