Theo lý thuyết, As có 5 trạng thái hoá trị và vì vậy mà dạng tồn tại của nó trong môi trường nước cũng rất đa dạng. Song nhìn chung, dạng tồn tại của As trong nước ngầm thường ở dạng hoá trị As(+5) và As(+3) [1, 6, 8, 9, 10, 15, 16]. Tuy nhiên, chúng luôn ở dạng phức ion và phụ thuộc vào đặc điểm, tính chất và trạng thái môi trường địa hoá. Ở môi trường axit đến gần trung tính, As trong nước ngầm chủ yếu tồn tại ở dạng H2AsO4-. Trong môi trường kiềm chúng tồn tại chủ yếu ở dạng HAsO42-. Các nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới đã chứng minh ở điều kiện pH=7 As tồn tại 50% ở dạng HAsO42- và 50% ở dạng H2AsO4-. Trong môi trường nước ngầm tự nhiên với pH = 6.3 -7.5 và Eh<0 As(+3) thường tồn tại chủ yếu ở dạng trung hoà, tức là dạng axit H3AsO3. (Đặng Đức Nhận và nnk, 2007).
Hợp chất H3AsO4 (axit Asen) được hình thành trong môi trường ôxy hoá-khử yếu. Nó dễ tan trong nước nên dễ chuyển sang dạng ion theo phương trình:
H3AsO4 + H2O → H2AsO4- + H3O+
Bản thân Axit Asen là một axit yếu nên chúng dễ phân ly theo các phương trình: H3AsO4 ↔ H2AsO4- + H+ pK1 = 2,2
H2AsO4- ↔ HAsO42- + H+ pK2 = 7,0 HAsO42- ↔ AsO43- + H+ pK3 = 11,5
Tương tự axit Asenat H3AsO3 cũng là một axit yếu nên dễ phân ly theo phương trình:
H3AsO3 ↔ H2AsO3- + H+ pK1 = 9,23 H2AsO3- ↔ HAsO32- + H+ pK2 = 13,52 HAsO32- ↔ AsO33- + H+ pK3 > 15
Vì vậy, trong nước luôn tồn tại As với hoá trị (+3) và (+5). Tỷ lệ As(+3) và As(+5) phụ thuộc vào điều kiện pH và thế oxy hoá khử.