水の分子は５～６億個の割合でＨ^＋、ＯＨ^－というイオンの形に分離しており、これを電離と呼びます。水の電離によって生じているＨ^＋のモル濃度とＯＨ^－のモル濃度は等しく、２５℃でそれぞれ１．０×１０^－７ｍｏｌ/ℓになっています。この状態が中性と呼ばれｐＨ７となります。

Ｈ^＋とＯＨ^－のモル濃度の積はイオン積（ＫＷ）と呼ばれ温度が変わらなければ常に一定に保たれます。関係式で表すと　ＫＷ（２５℃）＝〔Ｈ^＋〕×〔ＯＨ^－〕＝１．０×１０^－１４　となり、溶液のＨ^＋濃度が１×１０^－ｎｍｏｌ/ℓの時ｐＨ＝ｎとなります。

ｐＨが１変化するということはＨ^＋の濃度が１０倍変化するということであり、ｐＨが３変化するということは１０^３＝１０００倍変化するということになります。

海水中にＣＯ２を添加するとＣＯ２は水と反応して炭酸（H2CO3）を作ります。それから炭酸水素イオンや炭酸イオンに分解します。その過程でＨ２Ｏ中のＯＨ^－が奪われ、さらに水素イオンの電離も起こり酸性となり（ｐＨが下がり）ます。

CO2+H2O ⇔ H2CO3 ⇔ H⁺+HCO3^- ⇔ 2H⁺+CO3^2-

　　　　　　　　　　　　　　　　炭酸　　　　　炭酸水素イオン　　　　　炭酸イオン

水 H2O　　　　⇒
　　　　　　　　　　　　　

中性　　　　　　　　
酸性　　　　　　　　
アルカリ性　　　　

水素イオンと水酸化物イオンのモル濃度が等しい場合は『中性』、水素イオンが多ければ『酸性』、水酸化物イオンが多ければ『アルカリ性』となります。

淡水ではＫＨは硬度を示す単位として使われていますが、海水の場合は酸の中和力を表す単位として解釈、使用されます。この酸を中和してｐＨを安定させようとする働きはバッファー作用と呼ばれています。ＫＨを高く維持できればｐＨも安定させることができます。実際にカルシウムリアクターの調整時なども生産水や飼育水のＫＨ濃度を測りながら行います。ＫＨは水質安定の鍵を握る大切な指標です。

アルカリ度とは主にアメリカで使われる単位であり、ＫＨ同様、炭酸水素イオン（HCO3^-）や炭酸イオン（CO3^2-）などｐＨ緩衝作用を持つ弱塩基が１Ｌ中にどれだけ含まれているかを表したもので　ＫＨ＝アルカリ度×２．８　で換算することができます。

炭酸イオンや炭酸水素イオンが水素イオンと結びつき化学変化することで水が酸性になる（ｐＨが下がる）ことを防ぐという反応式です。炭酸イオンは水素イオンと結びつき炭酸水素イオンに変化します。そしてさらに水素イオンと結びつくと水と二酸化炭素に変化します。

バッファー剤として炭酸水素イオン（炭酸水素ナトリウムなどカルシウムと結びつきやすいイオン）を添加すると結果として炭酸カルシウムの沈殿が起きＣａ値が下がる。

カルシウムイオンの過剰添加でCa(HCO3)⁺の溶解度が最高値を超えた場合、炭酸水素イオンと結びつくためHCO3^-が減り、ＫＨが下がる。

上記の反応式からも分かるように、ＫＨ（炭酸イオン）は水槽内でｐＨやカルシウムの安定に深く係わっています。ｐＨはＫＨによって支えられており、ＫＨが下がってから（中和できなくなってしまい）ｐＨが下がります。またｐＨ、イオン量が同じ場合カルシウム濃度が高くなるとＫＨは低く、ＫＨが高くなるとカルシウム濃度は低くなります。どちらも適正値で安定させること（イオンバランス）が重要です。しかし、ＫＨの重要性は現在のところあまり認識されていないと思われます。実際に水槽内に起こる様々なトラブルの原因に意外にも多く係わっています。ｐＨ、カルシウムといった数値の安定にはとても重要で無視することはできません。