一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成，水分子的直径是4×10^-10米，也就是0.4纳米，水分子的直径还不到1个纳米，比病毒小了几百甚至几千倍。
水是地球表面上最多的分子，除了以气体形式存在于大气中，其液体和固体形式占据了地面70-75%组成部分。水以多种形态存在，固态的水即我们熟知的冰，气态的水即我们所说的水蒸气（无色，我们看到的白色水气是水蒸气冷凝后的液态小水滴），而一般只有液态的水才被视为水。在其临界温度及压力（647K及22.064MPa）时，水分子会变为一种“超临界”状态，液态般的水滴漂浮于气态之中。
重水是普通水的氢原子被它更重的同位素氘所取代而形成的。其化学性质和普通水基本一致，常用在核反应堆中减速中子。