離子帶有正電荷（例如H +）或負電荷（例如OH -）。作為電荷載體，所有溶解的離子都會對其周圍環境施加電力。雖然溶液在宏觀尺度上可能是電中性的，但離子的影響在微觀尺度上可能是巨大的。
離子濃度相對較高的溶液可能會產生異常低的離子濃度測定結果。因此，溶液開始表現得好像某些離子不再存在一樣。這種明顯的離子損失是由溶液中離子的相互作用引起的，最終導致與理想行為的顯著偏差。為了考慮這種相互作用，必須考慮離子活度（也稱為有效離子濃度）而不是離子濃度。因此，pH 值是氫離子活性的量度。
pH值通常用來表示氫離子活性。在 pH 范圍內，pH 值低于 7 代表酸性溶液（氫離子活性大于氫氧根離子活性），而高于 7 的值代表堿性溶液。當pH = 7時，氫離子和氫氧根離子活性相等。
從表 1 中可以看出，氫 (H + ) 和氫氧根 (OH - ) 離子活性的可能范圍可以跨越多個數量級。為了輕松管理和表示各種離子活動，使用對數 pH 標度。
pH 值變化 1.0 pH 單位表明氫離子活性相差一個數量級（即 10 倍）。例如，pH 4 時的氫離子活性是 pH 5 時的 10 倍。
由于 pH 值的對數性質，簡單地平均 pH 值并報告它們是不正確的。相反，報告中值 pH 值或提供觀察到的 pH 值范圍更為合適。
方程 [4] 表示根據氫離子活性以 10 為底的負對數確定 pH 值。
[4] pH = -lg a H +
目視法、光度法和電位法可用于測量溶液的氫離子活性。視覺和光度法依靠特定有機顏料的顏色變化來確定 pH 值。視覺方法通過視覺指示劑（例如 pH 試紙）完成，而光度測定則涉及用光照射樣品并測量吸光度。
目視或光度測定 pH 值的應用受到限制。如果待測溶液渾濁或具有固有顏色，則測量結果將不可靠。一些測量溶液還含有化學鍵，這些化學鍵會通過氧化或還原破壞顏色指示劑并產生不正確的結果。
電位法通過使用 pH 敏感電極的電位作為測量信號來測定 pH，然后由 pH 計顯示。電位測量方法不存在視覺和光度測量方法的缺點，因為電位測量傳感器非常靈敏、選擇性強，并且幾乎可以用于任何應用。
氫、金屬（例如銻）和玻璃電位電極之間存在區別，其中玻璃 pH 電極是常用的 pH 傳感器。有關氫電極和金屬電極的更多詳細信息，請查看 WTW pH 手冊！
玻璃 pH 傳感器是離子選擇性電極(ISE)的一個例子。該系統由對特殊離子類型（本例中為氫離子）發生反應的 ISE 和參比電極組成，兩者共同浸入待測樣品中。
氫離子選擇電極提供受溶液氫離子活性影響的電化學勢（例如信號）。然而，參比電極保持不依賴于樣品成分的電化學電勢。這些電勢之間的差異，即 pH 計上顯示的電壓 (mV)，根據能斯特方程確定 pH 值。
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