Los ácidos y las bases reaccionan entre sí, por lo que podemos inferir que el agua puede reaccionar con sí misma. Las moléculas de agua intercambien protones entre ellas de manera muy limitada. Este proceso se conoce como autoionización o autodisociación del agua.

Una molécula de agua dona un protón y actúa como un ácido de Bronsted-Lowry, mientras que otra molécula de agua acepta el protón y se comporta como una base de Bronsted-Lowry. Este es un proceso fácilmente reversible. El agua es un ácido débil y una base débil, entonces los iones hidronio e hidroxilo están en muy pequeñas concentraciones respecto del agua no ionizada.