天然水体系是指自然界天然水体所构成的整体。它除地球表面各种形态的水相以外，还包括水中的固相矿物群类、气相溶入物及水生生物等。各种形态的化学物质（物种）和生命体在这个体系中可以变的质量和能量不断的输入和输出，发生着均相（在水相）和非均相（水与固相、气相）之间的各类物理化学反应，推动着水文循环、地球化学的及生物地球化学的循环。天然水体系是开放的、动态的非平衡状态的体系，因此对它的研究和定量处理有较大的困难和复杂性。斯塔姆(W.Stumm)和摩尔根(J.J.Morgan)教授应用了化学热力学和动力学的原理，对研究天然水体系平衡模式（稳态模式和动态模式）进行了研究。获得了许多有创见性的成果和定量的方法，把天然水化学和水处理的基础理论与水环境中的污染问题建立了关系。