המים הם נוזל שקוף, חסר צבע וריח. המבנה הכימי של המים כולל שני יסודות: מימן וחמצן. כל מולקולה של מים מכילה אטומי מימן ואטום חמצן אחד – שניהם גזים. בטמפרטורה רגילה המים נמצאים במצב צבירה נוזלי. בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס המים הופכים לאדי מים, שהם גז חסר צבע. בטמפרטורה של מתחת לאפס מעלות צלזיוס המים הופכים לקרח ונפחם גדל בכ -10%.

עד שנת 1781 חשבו החוקרים כי מים הם יסוד: חומר מוגדר שאינו ניתן לפירוק. הכימאי הנרי קאוונדיש גילה שהמים הם תרכובת של שני יסודות: מימן ומים. הוא הוכיח שעל ידי הבערה של מימן וחמצן נוצרים מים. עובדה זו זכתה לאישור על ידי סר האמפרי דייווי שהוכיח כי כתוצאה מפירוק חשמלי של מים מקבלים את שני הגזים: מימן וחמצן. תגליתו של קאוונדיש נחשבת לאחת התגליות החשובות ביותר בתולדות הכימיה.

70% מכדור הארץ הם מים.
97.5% ממים אלה הם מים מלוחים ורק 2.5% מים מתוקים. מתוכם 1.76% הם קרחונים. המשמעות: רק 0.74% מהמים המתוקים בעולם מתאימים לשתייה.
עם הגידול באוכלוסייה איכות המים במקורות הטבעיים הולכת ויורדת. מהנתונים עולה כי מידי יום מתים בעולם כ-6,000 בני אדם עקב מחסור במים בטוחים לשתייה ותנאי היגיינה ירודים. עשרות מדינות מדווחות על מחסור במים, ולמעל מיליארד בני אדם ברחבי העולם אין מים בטוחים לשתייה.

מים הם חומר המסוגל להמיס חומרים רבים מהאוויר, האדמה והסלעים. מליחותם של מי הים נגרמת על ידי המינרלים שבאדמה.
הם מומסים על ידי הנהרות ומובלים אל הים. חום השמש גורם להתאדות מי הים, ואילו המלחים והמינרלים השונים נותרים במים.

מים טהורים הם מצב נדיר בטבע. ניתן להפיק מים טהורים ממים מכילי מלחים על ידי פעולת זיקוק המים בשיטת האידוי והעיבוי. מים טהורים הם חסרי טעם.

בממוצע, כשליש מכלל המשקעים היורדים ארצה מתאדים, כשליש מהם זורם על פני הקרקע בנחלים ובנהרות וכשליש נספג בקרקע. נתונים אלה משתנים מאזור לאזור, על פי התנאים הגיאוגרפיים. חלק גדול מהמים הנספג באדמה חוזר ומופיע על פני הקרקע כמעיינות. כאשר המים ממיסים מלחים מהסלעים נוצרים מעיינות מינרליים. מים אלה, הנובעים לרוב ממקומות עמוקים, הם לעתים קרובות חמים ומכילים מלחים מומסים.

כדי שהמים יהיו טובים לשתיה עליהם להכיל כמויות קטנות של גזים ומינרלים מומסים. על מי השתייה להיות נקיים מחיידקים.

כבר בתקופה הקדומה חיפשו בני האדם שיטות לטיהור המים. באוסף תורה רפואית משנת 2,000 לפני הספירה מתועד שימור מים במכלי נחושת, חשיפה לאור השמש, סינון דרך פחם והרתחת מים. ציור של מתקן קדום לטיפול במים משנת 1,450 לפני הספירה התגלה על קירות מערות קבורה במצרים, ובו נראים אנשים שואבים מים ממתקן שיקוע.

איזכור לטיפול במים מופיע גם בתנ"ך: "וייסע משה את ישראל מים סוף ויצאו אל מדבר שור וילכו שלושת ימים במדבר ולא מצאו מים. ויבואו מרתה ולא יכלו לשתות מים ממרה כי מרים הם על כן קראו שמו מרה. ויילונו העם על משה לאמור מה נשתה ויצעק אל יהווה, ויורהו יהווה עץ, וישלך אל המים וימתקו המים"... ( שמות פרק ט"ו פסוקים כ"ב- כ"ה ).