如在天然水中最常见的金属离子是钙离子和镁离子，它与水中的阴离子如碳酸根离子，碳酸氢根离子，硫酸根离子，氯离子以及硝酸根离子等结合在一起，形成钙镁的碳酸盐，碳酸氢盐，硫酸盐，氯化物以及硝酸盐等硬度。水中的铁，锰，锌等金属离子也会形成硬度，但由于它们在天然水中的含量很少，可以略去不计。因此通常把钙镁离子的总浓度看做水的硬度。