L'eau n'est pas uniforme. Certaines eaux sont potables, d'autres abritent des poissons, et d'autres encore sont trop polluées pour l'un ou l'autre usage. La qualité de l'eau détermine son aptitude à un usage particulier. Les normes relatives à l'eau potable diffèrent de celles applicables à l'irrigation ou aux loisirs.

Aux États-Unis, la loi sur la qualité de l'eau (Clean Water Act), adoptée en 1972, a établi le cadre de base de la réglementation de la pollution de l'eau. Des lois similaires existent dans d'autres pays. Les scientifiques mesurent des dizaines de paramètres : température, pH, oxygène dissous, turbidité, concentrations de nutriments, bactéries, métaux lourds, etc. Chacun de ces paramètres apporte un éclairage différent sur la situation.

Indicateurs courants de qualité de l'eau

• Oxygène dissous : essentiel à la vie des poissons et des animaux aquatiques
• pH : mesure l'acidité ou l'alcalinité
• Turbidité : aspect trouble dû aux particules en suspension
• Nitrates et phosphates : nutriments susceptibles de provoquer la prolifération d’algues
• Bactéries coliformes fécales : signe de contamination par les eaux usées

La qualité de l'eau varie selon le lieu et la saison. Un cours d'eau limpide au printemps peut se couvrir d'algues vertes en août. Les fortes pluies entraînent les polluants des rues et des exploitations agricoles vers les rivières. Les analyses sont généralement effectuées à des points précis et à des moments précis, ce qui signifie que les données ne représentent qu'un instantané et non la situation dans son ensemble. Les bons programmes de surveillance prélèvent des échantillons régulièrement et sur de nombreux sites.