Выпадение кислых атмосферных осадков может привести к серьезным изменениям в состоянии поверхностных водных систем (озер, прудов и т. д.). Можно условно выделить три стадии процесса их закисления. В нормальном водоеме, несмотря на поступление кислых осадков, рН практически не меняется. Гидрокарбонат-ионы, присутствующие в поверхностных водоемах, успевают полностью нейтрализовать поступающие ионы Н+:
НСО3−+ Н+ ↔ Н2О + CO2 .
Однако при нарушении контакта данной воды с карбонатными породами может произойти падение общей щелочности воды. В результате может наступить первая стадия закисления. В этом случае в период наиболее интенсивного поступления кислых вод в водоем (обильные дожди, таяние снега) возможны значительные отклонения в величине рН поверхностных водоемов. Эти отклонения не носят ярко выраженного характера, и с прекращением интенсивного поступления кислых осадков водоем переходит в обычное состояние: рН поднимается до первоначальных значений. Даже эти кратковременные изменения чрезвычайно опасны для водных экосистем: в этом случае изменение рН может привести к нарушению репродуктивных функций отдельных организмов или нарушить процесс воспроизводства для определенных популяций. На первой стадии закисления, например, могут погибнуть все земноводные организмы, икра и молодь, которые особенно чувствительны к изменениям рН.
На второй стадии закисления водоема рН воды обычно не поднимается выше 5,5 в течение всего года (отсутствует контакт с карбонатными породами); о таких водоемах обычно говорят как об умеренно кислых. На этой стадии закисления происходят значительные изменения в видовом составе живых организмов. На третьей стадии закисления рН водоемов стабилизируется на значениях рН < 5 (обычно рН 4,5), даже если атмосферные осадки имеют более высокие значения рН. Это связано с присутствием гумусовых веществ и соединений алюминия в водоемах и почвах. Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие, как двуокись углерода (СО2), вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота:
СО2 + Н2О → Н2СО3.
Тогда как в идеале рН дождевой воды равняется 5,6–5,7, в реальной жизни показатель кислотности (рН) дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота. Основной вклад в кислотность осадков (до 80 %) вносят соединения серы, около 15 % приходится на соединения азота и до 5 % кислотности атмосферных осадков связывают с соединениями хлора.