天然水中的硬度主要是指Ca2+、Mg2+等金屬離子，水中的堿度主要是指碳酸氫鹽堿度HCO3-。而水中主要存在的離子有Ca2+、Mg2+、Na+、K+和HCO3-、SO42-、Cl-等。水中的硬度與硬度之間的關系分為三種情況。  

   （1）堿度>硬度（以mol/L計） HCO3-> （Ca2++Mg2+）水中的硬度（Ca2+、Mg2+）都變成為碳酸氫鹽，并同時還有Na+、K+的碳酸氫鹽，但沒有非碳酸鹽硬度在。此時，堿度減去硬度所得的差值等于Na+、K+的碳酸氫鹽。這部分多出的Na+、K+的碳酸氫鹽堿度即所謂過剩堿度亦稱為負硬度。 
   （2）堿度=硬度（以mol/L計） 即HCO3-= （Ca2++Mg2+）  此時只有Ca2+、Mg2+的硬度及其碳酸氫鹽堿度，既無非碳酸鹽硬度，亦無Na+、K+的碳酸氫鹽。  
   （3）堿度3-2++Mg2+）。此時又有兩種情況，一是 Ca2+> HCO3-的鈣硬水，此時水中有非碳酸鹽硬度CaSO4、MgSO4的存在，但沒有鎂的碳酸鹽硬度Mg（HCO3）2。  
    另一種情況是 Ca2+> HCO3-的鎂硬水，水中有鎂的碳酸鹽硬度Mg（HCO3）2的存在，但沒有鈣的非碳酸鹽硬度存在，而有鎂的非碳酸鹽硬度MgSO4的存在。  但上述兩種情況，無論是哪種，水中都有非碳酸鹽的硬度存在，而沒有Na+、K+的碳酸氫鹽存在。