水合氢离子指的是氢离子被水分子吸引生成的物质，通常用H3O+表示。所以水的电离可以用以下方程式表示2H2O=H3O++OH-。水合氢离子是最简单的氧鎓（钅羊）（Oxonium）。

水（H2O）的中心元素是O，O的最外层有6个电子，其中有一对在2s轨道，四个电子在2p轨道（其中一对电子在2px轨道，剩下两个分别在2py和2pz），这里面2py、2pz的那两个电子分别与氢成键，剩下一对电子对空余。

水合氢离子是H3O+中，就是有一个H+与空余的2px轨道中的电子对成键所构成的(这里面氢核周围没有电子，氧把两个电子都给H，形成配位键)，但不改变原来的sp3杂化。

实际上，水合氢离子在稀酸中进一步水合，以H9O4+(即H3O+·3H2O)形式存在，即三个H2O的氧原子分别与H3O+中的三个氢形成氢键。

很多强酸都可能形成相对稳定的水合氢离子盐晶体。这些盐有时被称为酸的一水合物。通常，任何具有109或更高的电离常数的酸都可以形成水合氢离子盐。而电离常数小于109的酸一般不能形成稳定的H3O+盐。

例如，盐酸的电离常数为107，在室温下与水的混合物是液态的。而高氯酸的电离常数为1010，如果液体无水高氯酸和水以1:1的摩尔比结合，则反应形成固体一水合高氯酸，即高氯酸的水合氢离子盐：

H2O+HClO4=H3O+·ClO4-

也有很多的含有水合的H3O+的例子，例如HCl·2H2O中含有H5O2+（H3O+·H2O）,HBr·4H2O中含有H7O3+（H3O+·2H2O）和H9O4+（H3O+·3H2O）

水合质子的结构问题一直是分析界的一大难题，质子在水中的状态，并不是一般认为是H3O+的结构或者H5O2+的结构，X射线衍射结果表明，存在的氢键并不是传统意义上的O——H···O，而是O···H···O，后者拥有更短的O···O间距和更低的势垒，使得质子可以轻易的在两侧势井中移动，中间势垒低，加上质子具有类似于电子透射势垒的运动，使得质子被束缚在两个氧之间，但是却是非定域的。

由于它是堆成结构，中间势垒低，在低振动态的情况下，分子就可以越过势垒，就会有很高的透射率。因此常温下存在这种结构是可能的。

由于O+和N原子具有相同的电子数，因此H3O+与NH3的电子数相等，从H3O+的球棍模型可以看出，其具有氧原子位于顶点的三角锥形分子构型，H-O-H的夹角大约为113o，同时质心非常靠近氧原子。因为金字塔的底部是由三个相同的氢原子组成的，H3O+分子的对称顶部结构属于C3v点群。因为这个对称和它有偶极矩的事实，旋转选择规则是ΔJ=±1 和ΔK=0。过渡偶极子在c轴上，由于负电荷在氧原子附近，因此偶极矩指向顶点，垂直于基面。