离子带有正电荷（例如H +）或负电荷（例如OH -）。作为电荷载体，所有溶解的离子都会对其周围环境施加电力。虽然溶液在宏观尺度上可能是电中性的，但离子的影响在微观尺度上可能是巨大的。
离子浓度相对较高的溶液可能会产生异常低的离子浓度测定结果。因此，溶液开始表现得好像某些离子不再存在一样。这种明显的离子损失是由溶液中离子的相互作用引起的，最终导致与理想行为的显着偏差。为了考虑这种相互作用，必须考虑离子活度（也称为有效离子浓度）而不是离子浓度。因此，pH 值是氢离子活性的量度。
pH值通常用来表示氢离子活性。在 pH 范围内，pH 值低于 7 代表酸性溶液（氢离子活性大于氢氧根离子活性），而高于 7 的值代表碱性溶液。当pH = 7时，氢离子和氢氧根离子活性相等。
从表 1 中可以看出，氢 (H + ) 和氢氧根 (OH - ) 离子活性的可能范围可以跨越多个数量级。为了轻松管理和表示各种离子活动，使用对数 pH 标度。
pH 值变化 1.0 pH 单位表明氢离子活性相差一个数量级（即 10 倍）。例如，pH 4 时的氢离子活性是 pH 5 时的 10 倍。
由于 pH 值的对数性质，简单地平均 pH 值并报告它们是不正确的。相反，报告中值 pH 值或提供观察到的 pH 值范围更为合适。
方程 [4] 表示根据氢离子活性以 10 为底的负对数确定 pH 值。
[4] pH = -lg a H +
目视法、光度法和电位法可用于测量溶液的氢离子活性。视觉和光度法依靠特定有机颜料的颜色变化来确定 pH 值。视觉方法通过视觉指示剂（例如 pH 试纸）完成，而光度测定则涉及用光照射样品并测量吸光度。
目视或光度测定 pH 值的应用受到限制。如果待测溶液浑浊或具有固有颜色，则测量结果将不可靠。一些测量溶液还含有化学键，这些化学键会通过氧化或还原破坏颜色指示剂并产生不正确的结果。
电位法通过使用 pH 敏感电极的电位作为测量信号来测定 pH，然后由 pH 计显示。电位测量方法不存在视觉和光度测量方法的缺点，因为电位测量传感器非常灵敏、选择性强，并且几乎可以用于任何应用。
氢、金属（例如锑）和玻璃电位电极之间存在区别，其中玻璃 pH 电极是常用的 pH 传感器。有关氢电极和金属电极的更多详细信息，请查看 WTW pH 手册！
玻璃 pH 传感器是离子选择性电极(ISE)的一个例子。该系统由对特殊离子类型（本例中为氢离子）发生反应的 ISE 和参比电极组成，两者共同浸入待测样品中。
氢离子选择电极提供受溶液氢离子活性影响的电化学势（例如信号）。然而，参比电极保持不依赖于样品成分的电化学电势。这些电势之间的差异，即 pH 计上显示的电压 (mV)，根据能斯特方程确定 pH 值。
