Mängden hydroniumjoner (H3O+) och hydroxidjoner (OH-) i en lösning är omvänt relaterad. Detta förhållande bestäms av lösningens pH. pH är ett mått på surheten eller basiciteten hos en lösning och definieras som den negativa logaritmen för vätejonkoncentrationen ([H+]).

I rent vatten vid 25 °C är koncentrationen av hydroniumjoner lika med koncentrationen av hydroxidjoner, och båda är mycket låga (ungefär 1 x 10^-7 mol per liter). Det betyder att rent vatten är neutralt, med ett pH på 7.

När koncentrationen av hydroniumjoner ökar sjunker lösningens pH, vilket tyder på en sur lösning. Omvänt, när hydroxidjonkoncentrationen ökar, ökar pH, och lösningen blir basisk eller alkalisk.

Förhållandet mellan hydroniumjoner och hydroxidjoner kan uttryckas matematiskt med hjälp av följande ekvation:

[H3O+] × [OH-] =Kw

där Kw är jonproduktkonstanten för vatten, vilket är ett konstant värde vid en given temperatur (ungefär 1 x 10^-14 vid 25 °C).

Denna ekvation visar att om koncentrationen av hydroniumjoner ökar måste koncentrationen av hydroxidjoner minska för att bibehålla det konstanta värdet på Kw. På liknande sätt, om hydroxidjonkoncentrationen ökar, måste hydroniumjonkoncentrationen minska.

Därför, i en sur lösning, är hydroniumjonkoncentrationen högre, medan hydroxidjonkoncentrationen är lägre. I en basisk lösning är hydroxidjonkoncentrationen högre, medan hydroniumjonkoncentrationen är lägre. I en neutral lösning är både hydronium- och hydroxidjonkoncentrationerna mycket låga och lika.