Действие кислорода, растворенного в воде в виде молекул O2, сводится, в основном, к влиянию на окислительно-восстановительные реакции с участием катионов металлов (например, железа, меди, марганца), азот- и серосодержащих анионов, органических соединений. Поэтому при определении стабильности воды и ее органолептических качеств, наряду с измерением концентрации органических и неорганических веществ, водородного показателя pH, важно знать и концентрацию кислорода (в мг/л) в этой воде. Вода подземных источников, как правило, чрезвычайно обеднена кислородом, и поглощение кислорода воздуха в процессе ее добычи и транспортировки в водораспределительных сетях сопровождается нарушением исходного анионно-катионного баланса, приводящего, например, к выпадению в осадок железа, изменению pH воды, образованию комплексных ионов. С подобными явлениями часто приходится сталкиваться производителям минеральной и питьевой бутилированной воды, добываемой с больших глубин.
В воде поверхностных источников содержание кислорода сильно варьируется в зависимости от концентрации различных органических и неорганических веществ, а также присутствия микроорганизмов. Баланс кислорода определяется равновесием процессов, приводящих к поступлению кислорода в воду, и его потреблению. Увеличению содержания кислорода в воде способствуют процессы поглощения кислорода из атмосферы, выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза, подпитка поверхностных источников насыщенными кислородом дождевыми и талыми водами. Скорость этого процесса повышается с понижением температуры, с повышением давления и понижением минерализации. В подземных источниках небольшое содержание кислорода может быть вызвано вертикальной тепловой конвекцией. Уменьшают же концентрацию кислорода в воде поверхностных источников процессы химического окисления веществ (нитритов, метана, аммония, гумусовых веществ, органических и неорганических отходов в сточных водах антропогенного происхождения), биологического (дыхание организмов) и биохимического потребления (дыхание бактерий, расход кислорода при разложении органических веществ).
Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры и количества бактерий. Количественная характеристика химического потребления кислорода основана на понятии окисляемости - количестве кислорода в мг, израсходованного на окисление органических и неорганических веществ, содержащихся в 1л воды (т.н. перманганатная окисляемость для слабозагрязненных вод, и бихроматная окисляемость (или ХПК- химическое потребление кислорода). Биохимическое потребление кислорода (БПК, мг/л) рассматривают в качестве меры загрязнения воды и определяют как разность содержания кислорода в воде до и после ее выдерживания в темноте в течение 5 суток при 20оС. Практически чистой считается вода с БПК не выше 30мг/л. Хотя специалисты ВОЗ не приводят количественной характеристики кислорода в питьевой воде, тем не менее они рекомендуют «… поддерживать максимально близкие к уровню насыщения концентрации растворенного кислорода, что в свою очередь требует, чтобы концентрации биологически окисляющихся веществ… были по возможности более низкими». С технической точки зрения насыщенная кислородом вода проявляет коррозионноактивные свойства к металлу и бетону, что нежелательно. Компромиссным считается степень насыщения (относительное содержание кислорода в процентах к его равновесному содержанию) 75% (или в эквиваленте от 7 летом до 11 зимой мг О2/л).