Цезій належить до калієвої групи лужно-земельних металів. Він має один стабільний ізотоп і 21 радіоактивний. Після випробувань ядерної зброї та аварій на атомних електростанціях у гідросфері збільшилась кількість ізотопів 137Cs і 134Cs.
В океанічних водах середня концентрація цезію становить 4·10–4 мг/дм3, а в прісних водах річок Європейського континенту вона коливається від 0,003 до 0,099 мкг/дм3. Значні коливання вмісту цезію в річкових водах можуть бути пов'язані як з геологічними особливостями водозбірної площі, так і з антропогенними джерелами його надходження в навколишнє середовище. В атмосферу цезій потрапляє при спалюванні нафти та кам'яного вугілля, в якому його вміст досягає 3,0 мкг/кг. Цим пояснюється той факт, що в донних відкладах водних об'єктів, розташованих поблизу теплових електростанцій, вміст цезію значно підвищений. Але основним джерелом надходження цезію у біосферу є не антропогенні, а природні процеси.
Схожістю деяких фізико-хімічних властивостей цезію і калію пояснюється зв’язок між співвідношенням Cs/К у воді і його вмістом в органах і тканинах гідробіонтів. Висловлюється думка про те, що калій виступає як макроносій цезію, і тому їх міграцію в прісноводних екосистемах слід розглядати як споріднену.
Високим вмістом цезію характеризуються вищі водяні і прибережні рослини (0,11–0,37 мг/кг сухої маси). У прісноводних молюсків родини Unіonіdae він становить 0,005–0,065 мг/кг сухої маси, а у Dreіssena polymorpha – 0,008–0,087 мг/кг, у п’явок Haemopіs sanguіsuga – 0,005–0,029, а у гіллястовусого рачка Daphnіa magna – 0,008–0,053 мг/кг сухої маси.
У морських гідробіонтів вміст цезію становить: у планктонних водоростей 0,01–0,1 мкг/г сухої маси, у членистоногих – 0,067–0,503 мкг/г. Приблизно в цих межах коливається вміст цезію і в м'яких тканинах інших безхребетних. Є дані про те, що у водоймах з більш високою загальною мінералізацією води в гідробіонтах накопичується цезію менше, ніж у тих випадках, коли вони перебувають у слабо мінералізованих водах.