Вода известна человечеству с древнейших времён как жизненно необходимое вещество. Однако открытие химического состава воды, то есть понимание того, что это не простое вещество, а соединение двух элементов, произошло значительно позже. Долгое время вода считалась простым химическим элементом — одной из «стихий» наряду с огнём, землёй и воздухом, согласно античной философии. Известные тогда методы не позволяли разложить воду на составляющие, а её стабильность лишь подтверждала эту гипотезу. Только в 18 веке, с развитием химии, появились первые данные о том, что вода — не простое вещество. Ключевую роль в открытии состава воды сыграли труды нескольких учёных.
Первым в этом направлении начал работать британский химик Генри Кавендиш. В 1781–1782 годах он провёл серию экспериментов с газами. В одном из них он смешал один объём «жизненного воздуха» (так тогда называли кислород) с двумя объёмами «горючего воздуха» (так тогда называли водород). После пропускания электрического разряда через смесь содержимое колбы вспыхнуло, а на стенках появились капельки чистой воды. Кавендиш предположил, что вода — это не элемент, а соединение двух газов.
Окончательно состав воды был доказан французским химиком Антуаном Лавуазье. В 1783 году он вместе с инженером Жаном Мёнье сжёг водород в кислороде и получил воду. О результатах своих работ он доложил на заседании Парижской академии наук. Доклад назывался «О природе воды и экспериментах, подтверждающих, что это вещество не является элементом, а может быть разложено и образовано вновь». Лавуазье пришёл к выводу, что вода — это соединение водорода и кислорода. Он также определил количественный состав воды: 15% водорода и 85% кислорода.
Дальнейшие исследования показали, что за формулой H₂O скрывается вещество с уникальной структурой и свойствами. Шведский химик Йенс Якоб Берцелиус и французский физик Пьер Луи Дюлонг в 1821 году провели более точный анализ и обнаружили, что вода содержит 11,1% водорода и 88,9% кислорода, что соответствует современным значениям. Химическая формула воды — H₂O, её молекула состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, соединённых ковалентной связью. С формальной точки зрения в современных терминах вода имеет несколько различных корректных химических названий: оксид водорода, гидроксид водорода, гидроксильная кислота, монооксид дигидрогена, дигидромонооксид.
Открытие состава воды стало настоящей революцией в естествознании. Оно разрушило миф о «стихиях» и заложило основы современной химии, дало мощный толчок развитию атомистики. Учёные начали понимать, что вещества состоят из мельчайших частиц — атомов, которые соединяются в определённых пропорциях. Это помогло сформулировать законы постоянства состава и кратных отношений, лежащие в основе всей химии. Антуан Лавуазье не только открыл состав воды, но и ввёл современную систему названий химических веществ. Именно он предложил называть воду «оксидом водорода». Это сделало химический язык точным и универсальным, что позволило учёным из разных стран понимать друг друга. Осознание того, что вода — это соединение газов, открыло путь к развитию новых технологий. Стало возможным искусственно получать водород и кислород, использовать их в металлургии, освещении, а позднее — в энергетике и ракетостроении.