水覆盖了地球约70%的表面，参与了地球上各种各样的物理、化学和生命过程，对水的研究是理解自然的必然需求。水是一种独特的物质，具有极为复杂的结构和反常物性。水科学和水一样令人着迷。
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，假设地球被水均匀全覆盖的话，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，还真地产生了生命。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、近似完美的圆形，这使得在地球所拥有的p-T（压力-温度）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，依赖于水的存在，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。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~0.96Å，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，由其构成的水之性质之奇异与复杂却让科学家头疼不已。
与其它物质相比，水有太多的“反常”性质，有网站甚至列举了多达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，这包括：（1）水密度随温度升高（直至～4℃）；（2）水的表面比体内致密；（3）冰的热导率随压力减小；（4）水的熔点、沸点和临界点都反常地高；（5）固体水有大量的稳定晶相；（6）过冷水有两相，在－91℃有第二临界点；（7）液态水可在很低温度下存在，且加热会凝固；（8）液态水容易过热；（9）热水可能比冷水结冰快；（10）液态水容易过冷，但很难玻璃化；（11）液－气相变体积变化极大~1800倍；（12）熔化时，水的近邻数增加；（13）压力会降低冰的熔点；（14）压力降低最高密度对应的温度；（15）过冷水有密度最小；（16）压缩率极小；（17）压缩率随温度下降(直至～46.5℃)；（18）压缩率－温度关系有极小值；（19）折射率在低于0℃附近取极大；（20）比热非常大；（21）高的导热率，在130℃时取极大；（22）粘度随压强降低；等等。
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(TP)对应固定的气压和温度（T），这个温度Tc=273.16 K是绝对温标的唯一参考点。气液两相的分界线终结于处于（218 atm. , 647 K）的临界点（CP），在此处右上角一定p-T范围内的水处于超临界状态，具有极大的且灵敏地依赖于p-T参数的溶解度。
水的液固两相界限的斜率dp/dT<0，仅这一点就已经异于大部分其它物质了。
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。
然而，恰恰是在对水的深入研究基础上，人们认识到了水科学的特点是“进展缓慢且很难得到免于争议的结论。”即便是水分子间的氢键构型、体相水中的团簇结构这些容易理解的问题，其模型和参数数值都未能达成一致。
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——蜻蜓点水就足以引起可观察的水面波动。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。水给我们带来的形象是流，因此流也就成了我们描述物理的概念，古希腊人说万物皆流。
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，可以说水是被研究的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。