A água desionizada, apesar do nome, contém os iões resultantes da sua auto-ionização. O número de aniões hidróxido formados é igual ao número de catiões oxónio, pelo que, em água pura, a sua concentração é igual: [H₃O⁺] = [OH^-] = 1,0 \(\times\) H₃O⁺(aq) + HO^-(aq)

10^-7 mol\(\cdot\)dm^-3, a 298 K (25 ºC) e a 10⁵ Pa (1 bar). Quando [H₃O⁺] = [OH^-], a água diz-se neutra (em termos ácido-base), sendo esta a única condição que define neutralidade. Daqui resulta que o valor do pH da água neutra é 7,0 à temperatura de 298 K e à pressão de 10⁵ Pa.

A constante de equilíbrio desta reação é definida da seguinte forma:

\(K_\text{w} = [\text{H}_3\text{O}^+] [\text{OH}^-]\)

em que K_w representa a constante de auto-ionização da água, também denominada produto iónico da água. A 298 K (25 ºC) e a 10⁵ Pa (1 bar), K_w = 1,0\(\times\)10^-14. A temperatura tem uma influência considerável na extensão da reação de auto-ionização da água, ao contrário da influência da pressão, que é praticamente nula. Quanto maior for a temperatura maior é a extensão da reação, o que significa que a concentração dos iões H₃O⁺ e HO^- é maior e, por conseguinte, menor é o valor de pH da água neutra e maior é o valor de K_w. Por exemplo, a 323 K (50 ºC) e a 10⁵ Pa, K_w = 5,5\(\times\)10^{-14 [1]}, logo [H₃O⁺] = [HO^-] = 2,3\(\times\)10^-7 mol\(\cdot\)dm^-3, ou seja, para água pura neutra a esta temperatura e pressão, pH = 6,6. Para soluções de concentrações moderadas, o valor de K_w indica os valores mínimo e máximo de [H₃O⁺] para uma determinada temperatura, isto é, impõe os limites na escala de pH. A 298 K, o valor máximo de pH é 14, enquanto a 323 K o valor máximo de pH é 13.2.