По хімічному складудомішки природних вод діляться на мінеральні і органічні.
До мінеральнихдомішок відносяться азот, кисень, вуглець, сірка у вигляді аміаку, метану, сірководню; різні солі, кислоти, основи, які у водному розчині значною мірою дисоційовані на іони. Найчастіше в природних водах зустрічаються катіони: К+, Na+, Са2+, Mg2+, NH4+, Fе2+, Мn2+, Сu2+, Ni2+, Аl3+ і аніони: НСО-, Сl-, SO42-, HSiO-, NO3-, СО32-, HS-, I-, NO2-, НSO4-. У найбільшій кількості у воді містяться іони Са2+ і Mg2+, які визначають її жорсткість. При застосуванні природної води для технологічних потреб харчової промисловості необхідно враховувати здатність цих катіонів утворювати важкорозчинні сполуки з аніонами харчової сировини.
У значних кількостях природні води можуть містити іони Na+ і К+, які на відміну від іонів Са2+ і Mg2+, з аніонами харчової сировини не утворюють важкорозчинних сполук. Іони заліза в природній воді можуть бути у відновленій (Fe2+) і окисленій (Fe3+) формі. У підземних водах залізо зазвичайзнаходиться в іонній формі Fe2+, яка у присутності розчиненого кисню окислюється до Fe3+ і гідролізується у важкорозчинний гідроксид, який утворює колоїдний розчин або тонкодисперсну суспензію. У поверхневих водах залізо може входити до складу органічних речовин, у присутності яких розвиваються залізобактерії.
Основними складовими сольових компонентів води є НСО3-, СО32- і гідратований вуглекислий газ Н2СО3 (вугільна кислота). Їх співвідношення у водному розчині залежить від рН. При рН = 4,3 весь вуглекислий газ, що міститься у воді, перебуває у формі СО2 і Н2СО3. З підвищенням рН частка СО2зменшується з одночасним підвищенням частки НСО3- при рН = 8,35 практично весь вуглекислий газ знаходиться у формі НСО3-, а при рН = 12 – тільки у формі CO32-.
Хлорид-іони (Cl-) не утворюють з катіонами важкорозчинних солей. Сульфат-іони (SО42-) утворюють важкорозчинну сіль тільки з Са2+. При високій температурі, концентрації органічних домішок і відсутності кисню сірка аніона SО42- може відновлюватися до S2-. В цьому випадку вода набуває неприємного запаху сірководню.
Поширеними в природних водах є кислотні сполуки кремнію. Ці кислоти за звичайних для вод значеннях рН малорозчинні і здатні утворювати колоїдні розчини (розчинність H2SiО3 при 20°С – 0,15 г/кг).
У воді в дуже малих концентраціях (до 10-5 мг/кг) містяться бром, миш’як, молібден, свинець і деякі інші мікроелементи.
Органічні домішки потрапляють у воду в результаті відмирання об’єктів рослинного і тваринного світу, а також з побутовими і виробничими відходами, стічними водами підприємств харчової промисловості. В результаті вимивання ґрунту і торфовищ у відкриті водойми потрапляють гумусові речовини, у тому числі гумінові кислоти і їх солі. Така вода має жовтий колір. Вміст окремих сполук гумінових речовин може істотно впливати на процес очищення води. Органічні домішки є головною причиною неприємного кольору, смаку і запаху води.
Домішки природних вод відрізняються за дисперсністю. Залежно від розміру часток розчини бувають істинні (діаметр часток до 10-7 см), колоїдні (діаметр часток 10-7-10-5 см) і суспензії(діаметр часток понад 10-5 см).
Істинні розчини є гомогенними системами, в яких частинки розподілені у воді у вигляді окремих молекул і іонів. Колоїдні розчини – гетерогенні, в них частки розподілені у вигляді агломератів з великої кількості молекул і поверхнею розподілу між твердою фазою і водою. Внаслідок дрібних розмірів колоїдних часток вони не виділяються з води осадженням і не втрачають здатність до дифузії. Колоїдним розчинам властиве розсіювання світла, яке викликає опалесценцію води.
Грубодисперсні частки (зважені частки) мають більшу масу, ніж колоїдні, і практично не здатні до дифузії. З часом ці домішки випадають в осад або спливають на поверхню. Такі домішки зумовлюють каламутність води. У природних водах в зваженому стані знаходяться мул, пісок, частки рослин.
Природна вода містить також різні гази природного походження, розчинність яких у воді залежить від їх хімічної природи, температури, мінералізації води і тиску, під яким газ знаходиться над водою. Добре розчинні у воді СО2 і Н2S, які, як правило, утворюють з водою вугільну і сірководневу кислоти. Погано розчиняються СН4, N2, O2, Н2, Аr, Не. Вони практично не вступають з водою в хімічну взаємодію і знаходяться в ній в молекулярно-дисперсному стані. З підвищенням температури і збільшенням вмісту мінеральних речовин розчинність газів зменшується. При постійній температурі розчинність газів, згідно із законом Генрі, змінюється прямо пропорційно до тиску. Тому, як правило, чим глибше здійснюють водозабір із артезіанських свердловин, тим вода більше насичена газами. При виході такої води на поверхню спостерігають інтенсивне виділення газу. Такий газ називають спонтанним, а воду - газуючою.
Природну воду, окрім мінеральних і органічних речовин, забруднюють домішки біологічного характеру. Вода містить різні мікроорганізми. У ній можуть знаходиться плісняві гриби, бактерії, дріжджі, водорості, інфузорії, яйця гельмінтів тощо. Розвиваючись у воді, мікроорганізми можуть зменшувати в ній вміст органічних речовин, мінералізуючи їх, що сприяє її очищенню.
Патогенні (хвороботворні) мікроорганізми можуть бути причиною інфекційних захворювань людини (дизентерія, холера, черевний тиф, поліомієліт тощо), тому питну воду обов’язково слід очищати біологічним способом.