天然水體系是指自然界天然水體所構成的整體。它除地球表面各種形態的水相以外，還包括水中的固相礦物群類、氣相溶入物及水生生物等。各種形態的化學物質（物種）和生命體在這個體系中可以變的質量和能量不斷的輸入和輸出，發生著均相（在水相）和非均相（水與固相、氣相）之間的各類物理化學反應，推動著水文循環、地球化學的及生物地球化學的循環。天然水體系是開放的、動態的非平衡狀態的體系，因此對它的研究和定量處理有較大的困難和複雜性。斯塔姆(W.Stumm)和摩爾根(J.J.Morgan)教授套用了化學熱力學和動力學的原理，對研究天然水體系平衡模式（穩態模式和動態模式）進行了研究。獲得了許多有創見性的成果和定量的方法，把天然水化學和水處理的基礎理論與水環境中的污染問題建立了關係。
