Se denomina autoprotólisis al equilibrio químico que presentan las moléculas de agua con los iones hidronio e hidroxilo. En el interior de una muestra de agua pura, algunas moléculas pueden reaccionar entre ellas, de tal forma, que una de las moléculas le puede ceder a otra adyacente y suficientemente próxima un protón. El resultado de esta transferencia de protones es la formación de los iones H₃O⁺ e iones OH^-.

La concentración de estos iones en agua pura y a una temperatura de 25ºC, es muy baja, del orden de 10^-7 mol/L. A pesar de la baja concentración de estas especies, una leve alteración en la concentración de cualquiera de ellas, puede tener implicaciones muy importantes desde el punto de vista de la reactividad de las sustancias presentes en disolución. La sola adición de unas gotas de ácido clorhídrico concentrado a un litro de agua pura puede variar el pH original en varias unidades.