De hoeveelheid hydroniumionen (H3O+) en hydroxide-ionen (OH-) in een oplossing is omgekeerd evenredig. Deze relatie wordt bepaald door de pH van de oplossing. pH is een maatstaf voor de zuurgraad of basiciteit van een oplossing en wordt gedefinieerd als de negatieve logaritme van de waterstofionenconcentratie ([H+]).

In zuiver water van 25 °C is de concentratie hydroniumionen gelijk aan de concentratie hydroxide-ionen, en beide zijn zeer laag (ongeveer 1 x 10^-7 mol per liter). Dit betekent dat zuiver water neutraal is, met een pH van 7.

Wanneer de concentratie hydroniumionen toeneemt, neemt de pH van de oplossing af, wat wijst op een zure oplossing. Omgekeerd, wanneer de concentratie hydroxide-ionen toeneemt, neemt de pH toe en wordt de oplossing basisch of alkalisch.

De relatie tussen hydroniumionen en hydroxide-ionen kan wiskundig worden uitgedrukt met behulp van de volgende vergelijking:

[H3O+] × [OH-] =Kw

waarbij Kw de ionenproductconstante voor water is, wat een constante waarde is bij een gegeven temperatuur (ongeveer 1 x 10^-14 bij 25 °C).

Deze vergelijking laat zien dat als de concentratie hydroniumionen toeneemt, de concentratie hydroxide-ionen moet afnemen om de constante waarde van Kw te behouden. Op dezelfde manier moet, als de concentratie hydroxide-ionen toeneemt, de concentratie hydroniumionen afnemen.

Daarom is in een zure oplossing de concentratie hydroniumionen hoger, terwijl de concentratie hydroxide-ionen lager is. In een basische oplossing is de concentratie hydroxide-ionen hoger, terwijl de concentratie hydroniumionen lager is. In een neutrale oplossing zijn zowel de hydronium- als de hydroxide-ionconcentraties erg laag en gelijk.