Једноставни молекули воде имају неке јединствене физичке и хемијске карактеристике.
Вода је универзални растварач. Око половине свих природних елемената на Земљи је растворљиво у води. Многе супстанце неопходне за живот се растварају у води. Многи нутријенти и минерали неопходни биљкама и животињама се налазе у води. Поред тога, вода је инертни растварач, што значи да се не мења под утицајем растворених супстанци и, са друге стране, ни растворене супстанце нису измењене под утицајем воде.
Вода је једина супстанца у природи која се налази у сва три агрегатна стања. Вода може бити у чврстом (лед), течном (вода) или гасовитом стању (водена пара).
Вода је без боје, укуса, мириса и провидна када се налази у чистом течном стању.
Чиста вода има неутралну рН вредност. То значи да је њена рН вредност 7.0 и да није ни кисела ни базна.
Вода има велики површински напон. Да ли сте се икада запитали како водене стенице (газиводе, породица Gerridae) могу да ходају по води, а да при томе не потону, или како то лишће плута по површини воде? Површина воде је место где су течна вода и ваздух (са воденом паром) у контакту и на том месту долази до великог привлачења молекула течне воде и молекула водене паре. То привлачење је веома јако и доводи до формирања површинског напона. У њеоговој основи је стварање тзв. "водене мембране" која омогућава објектима тежим од воде да плутају по њеној површини, а да не пропадају. Површински напон, познат и под називом капиларна сила, је одговоран за покрете воде кроз коренов систем на начин сличан оном када су у питању папирне марамице или упијање воде сунђером.
Вода је основа за мерење температуре. Тачке кључања и смрзавања воде су основа за мерење температуре. На Целзијусовој скали, тачка смрзавања воде је 00С (320F – Фаренхајта) а тачка кључања је 1000С (2120F) на нивоу мора.
Вода има јединствене особине у односу на топлоту. Специфична топлота воде се дефинише као један, а специфична топлота свих осталих супстанци се мери у односу на воду. Специфична топлота се дефинише као она количина калорија која је потребна да подигне температуру једног грама воде за један степен Целзијуса (0С).
Вода може да апсорбује велику количину топлоте уз релативно мало повећање температуре. Вода се уобичајено користи за расхлађивање (нпр. у хладњацима аутомобила). Вода може да апсорбује велике количине топлотне енергије пре него што постане топла. Вода се, такође, споро хлади када се извор топлоте уклони или ослаби са загревањем. Ова појава утиче на регулисање климе и омогућава организмима да регулишу телесну температуру.
Вода, као и остале чврсте и течне супстанце, постаје гушће када се хлади до одређене температуре. Како онда лед плута по води? Вода постаје гушћа (и тежа) како температура опада до 40С. Испод 40С вода постаје мање густа. Када се вода заледи на 00С она се шири и узрокује пуцање цеви, прскање стаклених посуда, а омогућава леду да плута на површини. Ова особина је веома значајна за заштиту акватичних организама од екстремних температура у областима где се током зиме леде водени басени. Тада је вода у чврстом стању мање густа од воде у течном стању што омогућава леду да плута по површини, задржавајући топлију воду у дубљим слојевима.
