Het belangrijkste buffersysteem in natuurlijke wateren is het koolzuur-bicarbonaat-carbonaatsysteem.

* Koolzuur ($H_2CO_3$) is een zwak zuur dat ontstaat wanneer koolstofdioxide ($CO_2$) oplost in water.

* Bicarbonaat ($HCO_3^-$) is de geconjugeerde base van koolzuur.

* Carbonaat ($CO_3^{2-}$) is de geconjugeerde base van bicarbonaat.

De evenwichtsreacties tussen deze drie soorten kunnen als volgt worden weergegeven:

$$CO_2_{(g)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoenen H_2CO_{3(aq)}$$

$$H_2CO_{3(aq)} \rightleftharpoenen H^+_{(aq)} + HCO_{3(aq)}^-{}$$

$$HCO_{3(aq)}^- \rightleftharpoenen H^+_{(aq)} + CO_{3(aq)}^{2-}$$

De relatieve concentraties van deze drie soorten zijn afhankelijk van de pH van het water. Bij een lage pH is de concentratie koolzuur het hoogst, terwijl bij een hoge pH de concentratie carbonaat het hoogst is. Bicarbonaat is de dominante soort bij een pH van ongeveer 8,3, de gemiddelde pH van natuurlijk water.

Het koolzuur-bicarbonaat-carbonaatsysteem fungeert als buffer in natuurlijk water omdat het kan reageren met zowel zuren als basen om een ​​relatief constante pH te behouden.

* Wanneer een zuur aan natuurlijk water wordt toegevoegd, zullen de bicarbonaat- en carbonaationen reageren met de waterstofionen om koolzuur te vormen, waardoor de zuurgraad van het water wordt verminderd.

* Wanneer een base aan natuurlijk water wordt toegevoegd, zal het koolzuur reageren met de hydroxide-ionen om bicarbonaat- en carbonaationen te vormen, waardoor de basiciteit van het water wordt verminderd.