В настоящее время компоненты химического состава природных вод в гидрохимии подразделяют на шесть групп

Макрокомпоненты («главные»), к которым относятся К⁺, Nа⁺, Мg²⁺, Са²⁺, Сl^-, SO₄^2–, НСО^з– (СО₃^2–). Со^– держание их в пресных поверхностных водах изменяется в широких пределах. Поступление макрокомпонентов в природные воды связано с многообразными процессами взаимодействия порода – вода, газ – вода; значительную роль играют биогенные факторы, а также техногенная деятельность человека.

Мезокомпоненты («второстепенные»), к которым относятся компоненты, характеризующиеся либо высоким кларком, но низкой растворимостью природных соединений, либо небольшим кларком, но сравнительно хорошей растворимостью солей. Мезокомпонентами обычно принято считать железо, алюминий, кремнекислоту и биогенные вещества. Биогенные вещества это, главным образом соединения азота (NH₄⁺, NО₃^-, NО₂^-) и фосфора, которые поступают в раствор за счет микробиологических процессов и деятельности человека. К биогенным относят также соединения кремния, находящегося в воде в виде коллоидных или истинно растворенных форм кремниевой и поликремниевой кислот, и железа, находящегося в природных водах в основном в форме микроколлоидного гидроксида илив виде фульватных комплексов.

Их концентрация в пресных поверхностных водах изменяется в очень широких пределах: от следов до 10 мг/л. Наиболее важными источниками биогенных элементов являются процессы, развивающиеся внутри водоемов, а также поступление с поверхностным стоком, атмосферными осадками, промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами.

Микрокомпоненты, в группу которых входят все металлы, кроме главных ионов и железа (Cu²⁺, Мn²⁺, другие ионы переходных металлов), а также анионы (Вr^-, F^-, I^- и др.), встречающиеся в природных водоемах в очень малых концентрациях.

Растворенные органические вещества (РОВ), по существу, это органические производные биогенных элементов, которые, в принципе, могут также быть отнесены к мезокомпонентам. Эта группа веществ включает различные органические соединения: фонолы, гуминовые вещества, ароматические соединения, углеводы, азотсодержащие соединения (белки, аминокислоты, амины) и т.д. Ввиду сложности определения индивидуальных органических веществ, их многообразия и незначительных природных концентраций (< 0,1 мг / л, или < 10^-5 М) для количественной характеристики растворенных органических веществ используют косвенные показатели: общее содержание С_орг, N_орг, P_орг, перманганатную или бихроматную окисляемость воды (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК).

Как правило, основной вклад в растворенные органические вещества вносят фульвокислоты, особенно в северных районах, где в гумифицированных водоемах содержание фульвокислот может достигать 100 мг/л.

По происхождению растворенные органические вещества можно разделить: на автохтонные - продукты метаболизма и биохимического распада остатков организмов, и аллохтонные - органические вещества, поступающие в водную среду с поверхностными стоками, атмосферными осадками, сточными водами.

Для речных вод, озер и водохранилищ наиболее характерны органические вещества, поступающие с их водосборной площади, а также вещества, образующиеся в результате внутриводоемных процессов. Усредненный состав растворенных органических веществ природных вод соответствует химической формуле С₁₃Н₁₇О₁₂.

Растворенные газы. Концентрация газов в воде (О₂, N₂, Н₂S, СН₄ и др.) определяется их парциальным давлением и константой Генри.

Токсичные загрязняющие вещества - тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), фенолы и т.д.

Следует отметить, что для большинства химических элементов достаточно хорошо изучены их пороговые концентрации, допускающие использование металлов в качестве биокатализаторов в клетках высших организмов, превышение которых ведет к биоаккумуляции металлов до токсичных уровней. Токсичность тяжелых металлов, к которым относят более 40 химических элементов с атомными массами свыше 50 а.е.м. (Pb, Hg, Cd и др.), накапливающихся в водных объектах обусловлена тем, что их прямая детоксикация («самоочищение») практически невозможна. Самоочищение водоемов от других загрязняющих веществ определяется их ассимиляционным потенциалом, т.е. способностью водных экосистем к самовосстановлению и саморегуляции.

Среди факторов, определяющих формирование химического состава природных вод, выделяются геологические физико-географические, физико-химические, биологические, антропогенные.

Геологические факторы являются определяющими при формировании минерализации и химического состава природных вод.

Физико-географические факторы (рельеф, климат и др.) оказывают влияние на состав природных вод посредством изменений условий водообмена, особенностей испарения, выветривания, взаимодействия вод с горными породами, почвенным покровом, донными отложениями и т.д.

Физико-химические факторы определяют способность химических элементов, присутствующих в природных водах, к миграции, зависящей от физико-химических констант соответствующего иона и условий среды, в которой происходит массоперенос. По А.Е. Ферсману, поведение химических элементов в природных водах определяется сочетанием внутренних и внешних факторов миграции. К внутренним факторам миграции химических элементов относят валентность, свойства связи, химические свойства соединений, энергетические свойства ионов, ионные радиусы, ионные потенциалы, гравитационные и радиоактивные свойства атомов. К внешним факторам миграции относят параметры, характеризующие среду, в которой перемещаются химические элементы. Основными параметрами водной среды миграции являются концентрация водного раствора, величины рН – Еh, температура и давление.

Биологические факторы определяют условия для биологического круговорота атомов, заключающегося в формировании и разрушении живого вещества. Живое вещество формируется в результате биогенной аккумуляции (фотосинтеза), а его разрушение с помощью процесса минерализации. Благодаря этим двум прямо противоположным процессам, биологический круговорот осуществляется повсюду, где имеется водная среда и создаются условия для деятельности микроорганизмов, определяющих «равновесие» в системе живое вещество – вода. Источниками биологических факторов являются отдельные живые организмы или их совокупность.

Техногенные факторы представляют собой любое воздействие на компоненты природной среды, в том числе и водную, с помощью технических средств. Различают непосредственные (изменение кислотности и щелочности водной среды) и косвенные техногенные факторы (изменение качества воды определяет перемены в видовом разнообразии гидробионтов).