Равновесие в водных растворах и кислотность
Угольная кислота существует в водных растворах в состоянии равновесия с гидратом диоксида углерода:
, константа равновесия при 25 °C 
Скорость прямой реакции 0,039 с−1, обратной — 23 с−1.
В свою очередь растворённый гидрат диоксида углерода находится в равновесии с газообразным диоксидом углерода:
Данное равновесие при повышении температуры сдвигается вправо, а при повышении давления — влево (подробнее см.Абсорбция газов).
Угольная кислота подвергается обратимому гидролизу, создавая при этом кислую среду:
, константа кислотности при 25 °C 
Однако, для практических расчётов чаще используют кажущуюся константу кислотности, учитывающую равновесие угольной кислоты с гидратом диоксида углерода:
Гидрокарбонат-ион подвергается дальнейшему гидролизу по реакции
, константа кислотности при 25 °C 
Таким образом, в растворах, содержащих угольную кислоту, создается сложная равновесная система, которую можно изобразить в общем виде следующим образом:
Значение pH в такой системе, соответствующей насыщенному раствору диоксида углерода в воде при 25 °C и давлении 760 мм рт. ст., можно рассчитать по формуле:
,
где L = 0,034 моль/л — растворимость CO2 в воде при указанных условиях.