Trong nước thường tồn tại những hợp chất vô cơ, hữu cơ có khả năng tiêu thụ oxi hòa tan bằng các phản ứng hóa học. Nguồn gốc và hàm lượng các hợp chất này trong nước mặt và nước thải rất khác nhau, bản chất và tính chất hóa học của chúng cũng rất khác nhau. Theo quan hệ hóa học giữa chúng với oxi hoặc với một số chất khác thì đại đa số trong chúng có tính khử, một số lại có tính oxi hóa. Tuy nhiên, dù mang đặc trưng nào thì những hợp chất này cũng vẫn có khả năng tiêu thụ một lượng oxi hòa tan trong nước. Tập hợp những chất và hợp chất có khả năng tiêu thụ oxi hòa tan trên tạo nên “nhu cầu oxi hóa hóa học” của nước (tức là khả năng tiêu thụ oxi trong các phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong nước).
Những hợp phần có khả năng tiêu thụ oxi trong nước bằng con đường hóa học như đã nêu trên, thường có nguồn gốc là các hợp chất hữu cơ, chủ yếu là các hợp
chất phức tạp và đa dạng của cacbon. Như vậy, nhu cầu oxi hóa học của nước được tạo nên chủ yếu do hợp phần hữu cơ có trong nước. Do đó có thể dùng COD để đặc trưng định lượng cho hàm lượng của hợp phần này.
Nguồn cung cấp các chất hữu cơ cho nước tự nhiên còn chủ yếu do sự phân hủy tàn tích hữu cơ và các sản phẩm của quá trình hoạt động sống của động vật, các xác động thực vật…Ngoài ra, chất hữu cơ còn được cung cấp từ các nguồn nước thải công nghiệp và sinh hoạt. Chính vì vậy COD của nước còn được coi là một chỉ tiêu của ô nhiễm môi trường.
Tóm lại, COD là nhu cầu oxi cần thiết cho quá trình oxi hóa toàn bộ các chất hữu cơ trong mẫu nước thành CO2 và H2O bằng các tác nhân oxi hóa mạnh. [16, 26]