Cỏc hợp chất vụ cơ và hữu cơ trong nước tự nhiờn cú thể tồn tại ở dạng ion hũa tan, khớ hũa tan, dạng rắn và lỏng. Chớnh sự phõn bố cỏc hợp chất này quyết định tớnh chất của nước tự nhiờn: ngọt, mặn, cứng hoặc mềm, nghốo dinh dưỡng hay giàu dinh dưỡng ...
• Cỏc iụn hũa tan : Nước tự nhiờn là dung mụi để hũa tan hầu hết cỏc acid, bazơ và muối vụ cơ. Vỡ thế trong nước tự nhiờn cú cỏc ion hũa tan như: Cl-, Na+, Mg2+, Ca2+, K+, SO42-, Br-, Fe2+, Fe3+, HCO3-,...
Hàm lượng của cỏc nguyờn tố hoỏ học phõn bố phụ thuộc vào đặc điểm khớ hậu, địa chất, địa mạo và vị trớ thủy vực. Đặc điểm thành phần của cỏc ion hũa tan của sụng do ba yếu tố chủ đaỹo gõy ra: ảnh hưởng của nước mưa, của sự bốc hơi và sự phong hoỏ. Cỏc sụng nhiệt đới mưa nhiều cú thành phần húa học chủ yếu như nước mưa, cũn yếu tố phong húa khụng lớn. Cỏc sụng nhiệt đới sa mạc cú thành phần húa học do quỏ trỡnh bốc hơi, kết tinh là chủ đạo. Cỏc sụng vựng ụn đới ớt mưa cú thành phần húa học do phong húa là chủ đạo...
• Cỏc khớ hũa tan :
- ễxy là loại khớ ớt hũa tan trong nước và khụng tỏc dụng với nước về mặt húa học. Oxy cần cho quỏ trỡnh trao đổi chất. Độ hũa tan của oxy trong nước phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ, ỏp suất của mụi trường; ngoài ra cũn phụ thuộc vào độ mặn, chiều sõu của lớp nước bề mặt và mức độ ụ nhiễm của nước.
Vào mựa thu, đụng lượng oxy hũa tan trong nước nhiều hơn vào mựa xuõn, hố do nhiệt độ mựa xuõn, hố tăng, nồng độ muối tăng, quỏ trỡnh hụ hấp tăng dẫn đến độ oxy hũa tan giảm.
Ở lớp nước bề mặt, nồng độ oxy hũa tan phụ thuộc vào sự trao đổi của nước với khụng khớ. Ở lớp dưới nồng độ của oxy hũa tan phụ thuộc vào khả năng tiờu thụ oxy của cỏc sinh vật và sự xỏo trộn của cỏc lớp nước.
Núi chung nồng độ oxy trong nước giảm dần theo độ sõu của lớp nước. Nếu nước bị ụ nhiễm bởi cỏc chất hữu cơ dễ phõn hủy thỡ hàm lượng oxy trong nước giảm do bị tiờu thụ bởi hoạt động của cỏc vi sinh vật.
- Khớ CO2 chỉ chiếm 0,03% trong khớ quyển nhưng đúng vai trũ cực kỳ quan trọng trong nước vỡ nú phản ứng với nước tạo thành ion bicacbonat (HCO3-) và cỏc bonat (CO3- ). Nồng độ khớ CO2 trong nước phụ thuộc vào độ pH: nếu pH thấp thỡ CO2 ở dạng khớ, pH=8-9 dạng bicacbonat và pH>10 dạng cacbonat tỷ lệ cao.
- Khớ NH3 tồn tại trong nước cú pH >10. Trong mụi trường trung tớnh và acid chủ yếu ở dạng ion NH4+. Do bị oxy húa bởi vi sinh vật nờn NH4+ dễ dàng chuyển thành nitrit và sau đú thành nitrat.
- Khớ H2S tạo ra do quỏ trỡnh phõn hủy cỏc chất hữu cơ cú ở trong nước. Trong điều kiện oxy húa cú thể tạo thành H2SO4 gõy tỏc hại cho cỏc cụng trỡnh xõy dựng dưới nước.
• Cỏc chất rắn :
Cỏc chất rắn trong nước bao gồm cỏc chất vụ cơ, hữu cơ và vi sinh vật. Chỳng cú thể phõn thành cỏc loại phụ thuộc vào kớch thước như sau:
- Chất rắn hũa tan cú kớch thước d<10-9m. - Chất rắn dạng keo cú kớch thước d=10-9-10-6m. - Chất rắn ở dạng lơ lửng cú kớch thước d= 10-6-10-5m.
- Chất rắn cú thể lắng cú kớch thước d>10-5m.
• Cỏc chất hữu cơ :
Trong nguồn nước tự nhiờn, hàm lượng cỏc chất hữu cơ rất thấp, ớt cú khả năng gõy trở ngại cho cấp nước sinh hoạt, thủy sản, thủy lợi. Nhưng nếu bị ụ nhiễm do nước thải sinh hoạt, sản xuất ... thỡ nồng độ chất hữu cơ trong nước sẽ tăng lờn.
Dựa vào khả năng bị phõn hủy do sinh vật trong nước, chất hữu cơ cú thể phõn thành hai loại: dễ bị phõn hủy sinh học như đường, chất bộo, prụtờin,... và khú bị phõn hủy sinh học như DDT, Lindan, aldrine, dioxin, naphtalen...