Woda, związek chemiczny o wzorze H2O, znana także jako tlenek wodoru (a według obecnej nomenklatury IUPAC - oksydan), jest bardzo rozpowszechniona w środowisku przyrodniczym. Woda jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem dla substancji polarnych. Większość występującej w przyrodzie wody jest "słona" (około 97,38%), tzn. zawiera dużo rozpuszczonych soli, głównie chlorku sodu (NaCl). W wodzie rozpuszczonych jest też wiele gazów, najwięcej dwutlenku węgla CO2. Jeżeli w wodzie znajdują się liczne sole wapniowe czy magnezowe, mamy do czynienia z tzw. zjawiskiem "twardej wody". Przejawia się ono między innymi zanikiem właściwości mydła powierzchniowo czynnego a także odkładaniem kamienia. Oczyszczanie wody z wszelkich nieczystości i zabrudzeń zachodzi głównie poprzez destylację (otrzymana w ten sposób woda to woda destylowana) lub poprzez wymianę jonów. Niektóre współczynniki chemiczne oraz parametry, jakie wykazuje czysta woda, zostały obrane jako podstawa w wyznaczaniu skali temperatur. Temperatury wrzenia, topnienia oraz krzepnięcia wody (tak zwany "punkt potrójny wody") zostały użyte do wyznaczenia jednostki oraz skali temperatur. Woda jest powszechnym rozpuszczalnikiem związków ustrojowych i niezbędnym uzupełnieniem pokarmu wszystkich znanych dotąd organizmów. Uczestniczy w przebiegu większości reakcji metabolicznych, stanowi środek transportu wewnątrzustrojowego: np. produktów przemiany materii, substancji odżywczych, hormonów, enzymów. Reguluje temperaturę i uczestniczy w reakcjach hydrolizy. Stanowi płynne środowisko niezbędne do usuwania końcowych produktów przemiany materii. Woda stanowi średnio 60% masy dorosłego człowieka, w przypadku noworodka ok. 15% więcej.

Lotnym stanem skupienia wody jest gaz, a przemiana ze stanu ciekłego w stan gazowy to parowanie. Proces ten zachodzi na powierzchni cieczy w każdej temperaturze (parowanie powierzchniowe), natomiast przy 100°C zachodzi on gwałtownie, na całkowitej objętości wody i nazywa się wrzeniem. W stanie lotnym woda staje się parą wodną, czyli gazem bezbarwnym, bezwonnym i bez smaku. Na skutek kondensacji pary wodnej w krople wody w atmosferze powstają chmury. Ochładzanie powietrza zmniejsza jego zdolność do zatrzymywania pary wodnej, a gdy osiągnie ono temperaturę punktu rosy, nastąpi nasycenie (saturacja), po której para wodna ulegnie kondensacji. Twory te zbudowane są z zawieszonych w atmosferze widzialnych zbiorów wodnych kropel lub lodowych kryształków o mikroskopijnych rozmiarach (średnica poniżej 100 mm). Chmury można sklasyfikować różne sposoby: ze względu na wysokość występowania (chmury wysokie, chmury średnie, chmury niskie); ze względu na kształt (chmury pierzaste, chmury warstwowe, chmury kłębiaste) czy ze względu na budowę wewnętrzną (chmury o rozciągłości poziomej, chmury o rozciągłości pionowej). Wyróżniamy dziesięć zasadniczych rodzajów chmur. Dzieląc je na piętra, rozróżniamy:

    • Cirrus (z łaciny pukiel włosów)- - wysoka chmura pierzasta, mają związek z prądem strumieniowym (intensywnym, prawie poziomym strumieniem powietrza w atmosferze ziemskiej), osiągają dużą prędkość
    • Cirrostratus- wysoka chmura pierzasto- warstwowa, to chmura w postaci przejrzystej, mglistej i często prawie niewidocznej zasłony, składa się głównie z kryształków lodu, często powoduje powstawanie zjawiska halo wokół słońca oraz księżyca- zjawisko optyczne zachodzące w atmosferze ziemskiej; to świetlisty, biały lub zawierający kolory tęczy (wewnątrz czerwony, fioletowy na zewnątrz) pierścień widoczny wokół Słońca lub Księżyca; część nieba wewnątrz kręgu jest wyraźnie ciemniejsza niż na zewnątrz; zjawisko to wywołane jest załamaniem światła na kryształach lodu i odbiciem wewnątrz kryształów lodu
    • Cirrocumulus- wysoka chmura pierzasto- kłębiasta, lodowa, powszechnie znana jako "baranek"
    • Altostratus- mieszana chmura warstwowa średnia
    • Altocumulus i Altocumulus lenticularis- ta pierwsza to kłębiasta chmura średnia, natomiast druga to wrzecionowata, kłębiasta chmura średnia, na którą składa się przechłodzona woda
    • Nimbostratus - ciemna, gęsta chmura warstwowa, mieszana (to przykład chmury deszczowej)
    • Stratocumulus - niska chmura kłębiasto- warstwowa, zbudowana z kropelek wody
    • Stratus (z łaciny rozciągnięty)- niska, gęsta, rozległa chmura warstwowa, zwykle nie przyjmująca konkretnego kształtu, tworzy ciemnoszarą pokrywę; zakrywa wierzchołki wzgórz a często obniża się osiągając powierzchnię gruntu; przemieszcza się dość szybko, w szczególności, gdy wieją silniejsze wiatry; może dawać opady mżawki
    • Cumulus (humilis oraz congestus) - chmury kłębiaste - stosunkowo płaskie odmiany Cumulusów, zwiastują piękną pogodę; oddzielne, grube, białe chmury, złożone z kropel wody; ich górna część ma kształt kopuły, a podstawa położona na wysokości od około 1000 do 2500 metrów jest pozioma; czasami Cumulusom towarzyszą niewielkie opady deszczu, a chmury te potrafią szybko się przekształcać, a typowy czas życia małego Cumulusa trwa 10-30 minut
    • Cumulonimbus - gęsta chmura kłębiasto-deszczowa, inaczej burzowa, w górnej części lodowa a w dolnej wodna; chmury tego rodzaju mogą być źródłem gwałtownych opadów deszczu, śniegu lub gradu, którym często towarzyszą wyładowania elektryczne (burze).

Procesem zmiany stanu skupienia wody, przechodzenia z fazy ciekłej w fazę gazową, inaczej zwaną parą wodną, zachodzącym z reguły na powierzchni cieczy, nazywamy parowanie. Odbywać się ono może w całym zakresie ciśnieniowym i temperaturowym, w obrębie których mogą ze sobą współistnieć obie fazy, jednak nasila się wraz ze wzrostem temperatury. Jego tempo rośnie wraz ze spadkiem ciśnienia zewnętrznego, a także wtedy, gdy w grę wchodzi przepływ gazu względem powierzchni cieczy. Proces parowania zachodzi wtedy, gdy cząsteczka ma dostatecznie wysoką energię kinetyczną, by wykonać pracę przeciwko siłom przyciągania między cząsteczkami. Procesem odwrotnym do parowania jest skraplanie pary. Gdy ciśnienie pary nasyconej zrówna się z ciśnieniem otoczenia, wówczas proces parowania - zwany wówczas wrzeniem - zaczyna zachodzić również w całej objętości cieczy Proces parowania z bezpośrednim przejściem pomiędzy fazą stała a parą nazywamy sublimacją.

Woda w stanie ciekłym i stałym. Skraplanie lub kondesacja to zjawisko zmiany stanu skupienia, przejścia substancji z fazy gazowej w fazę ciekłą. Skraplanie może zachodzić przy odpowiednim ciśnieniu i w temperaturze niższej od temperatury krytycznej. Zestaw parametrów; ciśnienie i temperatura, dla których rozpoczyna się proces skraplania nazywany jest punktem rosy. Natomiast krzepnięciem nazywamy proces przechodzenia ciała ze stanu ciekłego w stan stały. Krzepnięcie wielu substancji zachodzi w określonej temperaturze zwanej temperaturą krzepnięcia (dla wody 0°C). W miejscu styku substancji w stanie stałym i stanie ciekłym w cieczy i w ciele stałym podczas krzepnięcia i topnienia jest taka sama temperatura zwana temperaturą topnienia. Temperatura topnienia jest podawana jako wielkość charakterystyczna dla wielu substancji. Temperatura topnienia (krzepnięcia) zależy nieznacznie od ciśnienia. Krzepnięciu towarzyszy wydzielanie ciepła co jest równoważne temu, że krzepnięcie przy stałym ciśnieniu wymaga odprowadzenia ciepła z krzepnącej substancji. Woda jest na Ziemi, jako bardzo rozpowszechniony związek, występuje głównie w oceanach, które pokrywają ponad 70% jej powierzchni, ale także w rzekach, jeziorach i w postaci stałej w lodowcach. Część wody znajduje się pod powierzchnią ziemi lub w atmosferze (chmury, para wodna). Niektóre związki chemiczne zawierają cząsteczki wody w swojej budowie (wspomniane już wcześniej hydraty - zawierają tzw. wodę krystalizacyjną). Wyróżniono także wody innego rodzaju niż tlenek wodoru:

    • Woda ciężka (tlenek deuteru) o wzorze chemicznym D2O; to woda, w której przeważająca ilość cząsteczek to tlenek deuteru (izotopu wodoru 2); cząsteczki ciężkiej wody mają masę molową większą o 2g/mol od czystej wody, przez co są nieco bardziej gęste (dzięki tej właściwości właśnie istnieje możliwość odwirowywania tlenku deuteru od tlenku zwykłego wodoru); ze względu na zdolność do spowalniania neutronów prędkich (zwykła woda też ma taką zdolność, ale zwykła woda pochłania przy tym sporo neutronów) jest ona stosowana jako moderator w reaktorach atomowych i jest przy tym dość tania i łatwo dostępna.
    • Woda królewska (z łaciny aqua regia) to mieszanina stężonych kwasów: solnego i azotowego w stosunku objętościowym 3 : 1. Jest bardzo silnym utleniaczem - rozpuszcza złoto, a także inne metale szlachetne (platyna, iryd, ruten) oraz inne odporne chemicznie (cyrkon, hafn, molibden). Odporne na jej działanie są rod, wolfram i tantal.
    • Woda krystalizacyjna - woda, która w temperaturze wyższej od temperatury krzepnięcia zwykłej wody, może tworzyć sieć krystaliczną, czyli może krzepnąć (jej cząsteczki tworzą krystaliczny hydrat)
    • Woda utleniona (o wzorze chemicznym H2O2) to 3-5% wodny roztwór nadtlenku wodoru, mający słabe działanie przeciwbakteryjne, utleniające i wybielające; stosowana do dezynfekcji i w kosmetyce; jej działanie szczególnie silnie niszczy anaeroby (bakterie beztlenowe)

Jako substancja użytkowa woda może mieć wiele zastosowań. Najważniejsza jest woda pitna, w gospodarstwach domowych jest używana woda do celów sanitarno-bytowych, w rolnictwie zaś do nawadniania pól, a także znaczne ilości wody zużywają zakłady przemysłowe. Woda przemysłowa może służyć jako substancja będącą przekaźnikiem ciepła lub ciepło odbierająca (substancja chłodząca), poza tym jako reagent, rozpuszczalnik itp. Aż miliard ludzi na świecie nie ma bezpośredniego dostępu do wody pitnej. Każdego dnia choroby wynikające z niedostatku czystej wody powodują śmierć wielu tysięcy ludzi, głównie dzieci. Woda naturalna w wielu przypadkach przed zastosowaniem musi zostać uzdatniona. Proces uzdatniania wody dotyczy zarówno wody pitnej jak i przemysłowej.