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水素水とは、水素分子（水素ガス）を含む水のことである。水素分子は常温常圧では気体であり、ヘンリーの法則に従って溶質となる。溶解度は水素分圧が0.101 MPa (1 atm) で293.15 [K] (20 [oC])のとき、Bunsen吸収係数0.0182、Ostwald溶解度係数0.0194となる。全圧（水素分圧＋水蒸気圧）が0.101 MPaであるとき、水1000 gに溶解する水素分子の量は0.00162 gである。

水素水は無味、無臭、無色である。水素分子が水に溶けて水素イオンとなることは無い為、水素分子がpHに直接影響することは無い。 なお、水素原子（活性水素）が溶解するとされる「活性水素水」とは区別される。