بغية تحقيق فهم جيد للعلاقات البيئية في عالم الماء، سوف نبدأ باستقصاء بعض المبادئ الأساسية للكيمياء الفيزيائية المائية. إن الماء مادة شائعة إلى درجة أنه من السهل نسيان أو إغفال أن له خواص متميزة جداً. فطبيعته الكيميائية تحدد طبيعة الأرض وأنواع الحياة التي نشأت عليها. وكثير من خواصه غير مألوف، وحتى إنه فريد، مقارنة بخواص المركبات الأخرى ذات الصلة به من خلال مواقع ذراتها في الجدول الدوري. سوف نتحرى بعض تلك الخواص في أطوار الماء الثلاثة.