L’eau pure est un concept abstrait inventé par les chimistes : une eau chimiquement pure serait une eau qui ne contiendrait que des molécules d’eau. Or une telle eau n’existe pas dans la nature car l’eau est un trop bon solvant (voir le chapitre Propriétés). Quant à fabriquer de l'eau pure en laboratoire, il faudrait pour cela posséder des instruments capables de déceler la présence de la moindre molécule étrangère dans une goutte d'eau, ce qui n'est pas faisable à l'heure actuelle.

Excellent solvant, l’eau est capable de dissoudre un grand nombre de composés solides ou gazeux. Au cours de son périple, qu’elle tombe en pluie, ruisselle sur les sols, s’infiltre dans la croûte terrestre, ou simplement coule le long des pentes, elle se charge en éléments solubles. Elle contient donc naturellement, en l’absence de toute ingérence humaine, une très grande variété de matières dissoutes, inertes ou vivantes : des gaz, des substances minérales ou organiques , et des micro-organismes (bactéries, virus ou plancton ). Elle draine aussi avec elle quantité de particules en suspension comme de fines particules d’argile, des limons et des déchets végétaux.

Pour l’essentiel, ces substances proviennent des poussières atmosphériques emportées par la pluie, de l’altération des roches, du lessivage des sols et de la décomposition des espèces aquatiques, animales ou végétales. La composition chimique des eaux naturelles est donc très variable d’un réservoir à l’autre et dans le temps : elle est étroitement liée à la nature des sols du bassin versant et à la végétation environnante, une végétation luxuriante augmentant la teneur en matières organiques des eaux de surface ; elle dépend de l’oxygénation et de la température de l’eau ; enfin, elle est constamment modifiée par les espèces vivantes présentes dans le milieu, surtout en ce qui concerne les teneurs en matières minérales et en gaz dissous (voir le chapitre Écosystèmes aquatiques continentaux).
Mais les eaux naturelles contiennent aussi, et de plus en plus, des substances dont la présence est due aux rejets d’eaux usées domestiques et d’effluents industriels, aux épandages d’engrais et de pesticides et aux déjections animales des élevages.

Il n’existe donc pas une mais des eaux.