Pendant longtemps, l'eau a été considérée comme un élément ou corps simple; mais, vers la fin du XVIII^e siècle, Cavendish et Lavoisier (1783) démontrèrent qu'elle est composée de deux gaz, l'hydrogène et l'oxygène. Ce furent Gay-Lussac et de Humboldt  qui établirent que ces deux corps simples entrent dans la composition de l'eau dans le rapport de 1 volume d'oxygène et 2 volumes d'hydrogène, ou en poids d'une proportion (8) d'oxygène avec une proportion (1) d'hydrogène (H₂O). Cette vérification s'obtient soit en brûlant directement de l'hydrogène par de l'oxygène dans l'endomètre, soit en décomposant de l'oxyde de cuivre par de l'hydrogène, qui lui prend son oxygène pour former de l'eau, soit en décomposant de l'eau par la pile. 

Les eaux naturelles ne sont jamais pures : suivant la nature des terrains qu'elles ont traversés, elles contiennent en dissolution des quantités appréciables de diverses matières salines, carbonate ou sulfate de chaux, chlorure de sodium, etc., de produits organiques provenant de la décomposition de substances végétales ou animales; de gaz, air, acide carbonique, hydrogène carboné, etc. Les eaux pluviales elles-mêmes, quoique beaucoup plus pores généralement que les eaux de source ou de puits, out cependant, en traversant l'air, dissous une partie des gaz qui entrent dans sa composition et des matières qui y sont tenues en suspension. Pour avoir de l'eau chimiquement pure, il faut la distiller. 

L'eau présente une propriété remarquable qu'elle ne partage qu'avec un très petit nombre de substances; elle se dilate en se congelant; aussi de l'eau renfermée dans un vase clos, qu'elle remplit exactement finit-elle toujours par le briser quand elle est exposée à un froid assez vif; elle brise même les vases largement ouverts à l'air, lorsque, sa congélation commençant par la surface, la croûte solide ainsi formée enserre au-dessous d'elle une certaine quantité d'eau liquide, L'effet devient alors le même que si le vase était clos. C'est à cette cause qu'il faut attribuer le fendillement des pierres dites gélives, la rupture des grands arbres pendant les hivers rigoureux, etc. Cette même cause contribue aussi pour sa part à la mort des plantes par la gelée, bien qu'elle n'intervienne pas généralement seule dans la production de cet accident. 

Par l'effet de son accroissement de volume, la glace a une densité moindre que celle de l'eau sur laquelle elle peut flotter. Cette circonstance, jointe à une autre propriété non moins remarquable de l'eau et qui lui est si spéciale, de se dilater au lieu de se contracter quand sa température s'abaisse au-dessous de 4°C, fait que les rivières et les lacs se congèlent par leur surface, tandis que les couches inférieures restent liquides et même peuvent garder une température de 4°C, et qu'il faut des froids très vifs et très prolongés pour que la couche solide acquière une grande épaisseur. 

Chaque fois que l'eau change d'état, qu'elle passe de l'état de glace à l'état d'eau, ou de l'état d'eau à l'état de vapeur, elle absorbe une certaine quantité de chaleur qu'elle restitue en reprenant son état primitif. C'est sur cette propriété qu'est fondé l'emploi de la glace dans les mélanges réfrigérants, l'emploi de la vapeur comme moyen da chauffage, l'usage des alcarazas, etc. 

La glace fond invariablement à 0°C; l'eau et la glace se vaporisent à toute température; mais l'eau pure bout à une température constante quand la pression qu'exerce l'air à sa surface est constante elle-même. Cette température d'ébullition baisse en même temps que la pression; aussi devient-il difficile de faire cuire les légumes sur les montagnes élevées. 

L'eau est indécomposable par la chaleur seule; mais un grand nombre de substances, telles que le charbon et la plupart des métaux peuvent, à une température plus ou moins élevée, lui enlever son oxygène avec lequel ils se combinent, et mettre son hydrogène en liberté. Quelques-uns même, tels que le platine incandescence peuvent séparer ses éléments sans en retenir aucun, et donner ainsi lieu à la formation d'un mélange de 2 volumes d'hydrogène et de 1 volume d'oxygène, fait d'autant plus remarquable, que le même platine à froid plongé dans ce mélange en déterminerait la recombinaison avec explosion. 
L eau n'est ni acide ni basique, elle est neutre; elle jouit toulefois de la propriété de se combiner et aux acides et aux bases pour former des acides hydratés et des hydrates d'oxyde; elle peut même décomposer partiellement ou en totalité certains sels dont l'un des principes immédiats, acide ou base, est très faible. Elle peut donc, suivant les cas, se comporter ou comme un acide ou comme une base. 
L 'eau dissout un très grand nombre de substances, et, sous ce rapport, son importance chimique, industrielle et physiologique est extrême.