我们的家园，地球，是一颗独特的星球，其独特的地方在于有水。地球表面约有70%的面积被水覆盖，假设均匀全覆盖的话，水深约为2.7 km。此外，地球气圈中的水蒸气，若当作液态水且按均匀全覆盖计算，也厚达5 cm。水让地球灵动起来，还真产生了生命。其实，在有了原生物、细胞、病毒和动植物这类所谓的生命之前，因为水带动了地球表面上各种物质的流动，地球已经可算是活的、有生命的。
水让地球上出现了生命奇迹，是因为地球绕太阳的轨道竟然是一个半径合适的近似圆形，这使得在地球所拥有的 p—T 范围内，水的气液固三态都可以出现，且可以在一个很小的地方同时存在。
生命来自于水、依赖水，因此各种生命都发展出了令人惊奇的利用水的策略。生命依赖于水的一个关键性质，即水几乎是一种万能溶剂，各种物质都多少会溶解于水，这样水就给生命带来了其所必需的各种物质，尤其是那些微量的物质。其实，这个问题应该反过来看，是原初时期水中物质的构成决定了生命的物质构成。生命占据了地球的各个角落，在没有水的地方，动植物会发展出令人叫绝的收集和储存水的本领。
人类对水充满了好奇，想知道它是什么样的物质，直到有一天化学家发现氢气和氧气一起燃烧得到的就是水。水分子为 H2O，是三原子分子，两个氢氧键的键长~ 0.96 Å，夹角约为104.45°，很简单、很无辜的样子。然而，这种分子的简单是一种极具欺骗性的简单，由其构成的水的性质之奇异与复杂却让科学家头疼不已。
在聚集体中，水分子会和多达4个其它水分子通过氢键相结合，水分子会形成大小不同的团簇，且这些团簇是动态的，在皮秒量级的时间尺度上不断地分裂、重组。
与其它物质相比，水有太多的“反常”性质，有网站甚至列举了70余种水的反常性质。为了给读者一点感觉，此处将部分有趣的反常性质列出。这其中一些反常性质与生命的发生和延续密切相关。
比如，幸亏自然条件下结的冰比水轻，寒冷地区的水体才不会完全冻上，水中的生物才能熬过漫长的冬天；幸亏水的表面张力很大，相当多的小动物才可以生活在水面上；幸亏水的比热很大，赤道附近的水也不会被轻易烧开，因此水中生物避免了被自然煮熟的命运；又，幸亏冰雪的比热很大，北半球在雪后才不会迅速变成泽国。
对一种物质的初步理解见于该物质的 p—T 相图。图8是一般热力学教科书中简化的水的 p—T 相图，其气液固三相共存的点对应固定的气压和温度，这个温度是绝对温标的唯一参考点。如果我们考虑冰的结构，并考察更高压力的区域，我们会得到如图9中的相图。不过，如果考虑到压力这个强度量还是极性的，即可正可负，注意到水会表现出不同结构的液相和非晶相，我们还可以得到水的无定形相的相图。
水的小尺寸固体也各具特色。水的小尺寸固体包括雪、霜、冻雨、冰雹、雾凇、软雹等等。雪花基本都呈六角对称的形状，但是却很难找到两片形状相同的，这简直太神奇了。据信，软雹下落时同上升的温暖水蒸气摩擦，是云层带电的原因。
水科学研究水的结构、性质，水与其它物质间的相互作用，水在各种物理、化学和生命过程中的作用，等等。在古代人们就已经认识到了水的重要性并努力理解和利用这种神奇的物质，在18世纪因为水在热机中的应用，对水的系统研究促成了水科学此一专业的形成。近几十年来，由于量子计算和各种现代分析手段的应用，对水的研究得到了空前的发展。
如果我们稍微注意一下，会发现水的形象充满物理学，物理学上的许多根本性的概念都来自水的形象或者性质。首先，水有一张弹性的皮。在室温和标准大气压下水的表面张力为72.74 mN/m，仅次于水银。水的表面张力这个值恰到好处，它使得水面能波动起来，且很容易引起波动。因此，波也就成了通用的甚至可以说是滥用了的物理学概念。
就单一物质而言，再也没有比水对我们来说更重要、更有意义的了；而就复杂性与奇异性而言，恐怕水也是其它物质难以望其项背的。在所有的物质当中，可以说水是研究最多但却理解最少的。水给我们以无限的可能、无限的惊奇和无限的灵感，它也为我们提供了无限的难题。对水的理解每前进一步，我们对这个世界和我们自身的理解都会加深一层，这算是水和水科学最迷人的地方吧。