تعد دراسة كيمياء البيئة المائية أصعب بكثير من دراستها في أنابيب الاختبار، الأخذ يجب بعين الاعتبار العديد من المتغيرات وعدم التجانس، وتأثير الأطوار الأخرى الموجودة ضمن الوسط المائي، كالغازات والكائنات الحية بالإضافة لتأثير حيث الأطوار الموجودة بتماس مع الوسط المائي كالغلاف الجوي واليابسة والطمي. تتضمن ظواهر كيمياء البيئة المائية تفاعلات كيميائية مدروسة من وجهة ترموديناميكية، الشكل (4-2) ومن أهم التفاعلات الأوساط المائية هذه:

 •تفاعلات حمض - أساس  (Acid-base reaction)، والتي تلعب شوارد البيكربونات  HCO^- دوراً رئيسياً فيها، وتدخل إما كحمض التفاعل (4-1) أو كأساس، التفاعــــل (4-2)

•  تفاعلات الأكسدة والإرجاع (Oxidation-Reduction Reaction): تتنشط هذه التفاعلات بوجود بعض من أنواع البكتيريا ويلعب الأوكسجين المنحل دوراً حاسماً. ففي حال عدم توفر الأوكسجين المنحل تقوم البكتيريا اللاهوائية بعمليات الإرجاع فنرى الشكل المرجع في الأعماق  NH₄ ، وتقوم البكتيريا الهوائية بعمليات الأكسدة عند السطوح حيث منابع الأوكسجين الجوي، فيلاحظ الشكل المؤكسد. تعد عمليات الأكسدة والإرجاع هامة حيث تتوقف نتائج استقلاب بعض التفاعلات الحيوية على الحصول على اشكال المواد المؤكسدة لا المرجعة للدخول في العمليات الحيوية. فمثلاً أكسدة NH₄ إلى NO₃ في الأوساط المائية:

هي عملية ضرورية للحصول على النيتروجين بالشكل الذي يتم استقلابه من قبل الطحالب أو النباتات المائية.

• التفاعلات الحيوية (Biological Reactions) تلعب دوراً هاماً وأساسياً في الكيمياء المائية، فالأشنيات بما تقوم به من عملیات ترکیب ضوئي، ترفع قيم pH الوسط المائي، وذلك أثناء إزالتها لغاز ثاني أوكسيد الكربون المنحل:

ولبقاء الوسط متوازناً، تتحول شوارد البيكربونات HCO₃ عند قيم pH مرتفعة إلى شوارد كربونات ^-2 CO₂ 

وبالتالي تترسب بوجود شوارد الكالسيوم المتوافرة والمنحلة في الأوساط المائية، لتعطي كربونات الكلسيوم، وفقاً للتفاعل الكلي التالي:

تفاعلات الأطوار المختلفة (Phases reactions) تلعب الأطوار المختلفة الموجودة على تماس مباشر مع الطور المائي، دوراً هاماً بتزويد الغازات المنحلة والشوارد المعدنية بالإضافة إلى دورها بتحفيز بعض تفاعلات الأوساط المائية. من هذه التفاعلات انحلال ترسيب للأملاح المعدنية، كانحلال الغازات من الغلاف الجوي المحيط (O₂, CO₂)، انطلاق الغازات نتيجة تفاعلات التركيب الضوئي أو الاستقلاب الحيوي أو التفكك (CH₄ , NH₃ , CO₂). فمثلاً، زيادة تركيز غاز ثاني أوكسيد الكربون المنحل (ذو المصدر الجوي أو الاستقلابي) في الأوساط المائية يلعب دوراً هاماً بانحلال كربونات الكلسيوم المترسبة:

• تشكيل المعقدات (Complex Formation): لا توجد معظم الشوارد المعدنية في المياه بشكلها المميه البسيط كشاردة أحادية، وإنما توجد بشكل جسيمات متعددة النوى Polynuclear أو معقدات.

نلاحظ أن آلية تفاعلات المواد الكيميائية المختلفة في المياه الحاوية على كائنات حية أو بكتيريا أو أشنيات أو أطوار من مواد مختلفة، تختلف عن تلك الملاحظة بالتفاعلات البسيطة التي تجرى في المخابر. حيث لا يمكن وصف كيمياء المياه الطبيعية بالاعتماد على التفاعلات الكيميائية السابقة بمفردها، وإنما بوصف يعتمد على مفاهيم التوازن الكيميائي، والتي تساعد على تحديد المواد الكيميائية وتفهم بعض التفاعلات التي تجري في شروط مختلفة للأوساط المائية الطبيعية.